運動エネルギー
古典力学 | ||||||||||
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質点の運動エネルギー[編集]
ニュートン力学において、物体の運動エネルギーは、物体の質量と速さの二乗に比例する。 つまり、速度 vで運動する質量mの物体の運動エネルギーKは で与えられる[注 1]。 ニュートンの運動方程式が と表されているとき、この力 Fが時刻t0 からt1 の間に為す仕事 は、 となる。 従って、物体の運動エネルギーの変化量は、その物体に加えられた仕事に等しい。 特に物体に一定の力 Fが加えられ、物体の位置が から まで、 だけ変化したとき、 という等式が成り立つ。例えば物体が地表付近で自由落下する場合、重力加速度は一定と見なせるので、上記の等式が利用できる。 また、力F を物体の質量m と加速度 α の積で置き換えれば、等式は物体の質量に依存しない形に書き直される。回転運動の運動エネルギー[編集]
同様に回転運動をする物体の運動エネルギーは、角速度 ω の2乗と慣性モーメント Iに比例する。解析力学における運動エネルギー[編集]
ラグランジュ力学の出発点となるラグランジアン Lは運動エネルギー Kとポテンシャルエネルギー Vの差として定義することができる。 この際、ラグランジアンの変数は一般化座標 とその時間微分 、及び時刻 である。 多くの場合、一般化座標として位置 や 回転角 とするので、運動エネルギーは となる。 ハミルトン力学の出発点となるハミルトニアンH はラグランジアンのルジャンドル変換から、 として定義される。ハミルトニアンの変数は一般化座標 と一般化運動量 である。元のラグランジアンでポテンシャルが に依存せず、運動エネルギーが上の形をしていれば、 ︵lは回転角度 θ に共役な角運動量︶となり、運動エネルギーは となる。脚注[編集]
注釈[編集]
- ^ v は速度 v の大きさを表す。
関連項目[編集]
- 位置エネルギー - 重力などのポテンシャルエネルギーによって発生する運動エネルギーが潜在している状態であるともいえる。