質問: エネルギー保存の法則と回転力 いろんなサイトを読んだのですが、回転力、遠心力など総合して、エネルギー保存の法則についてなかなか理解できないので教えてください。 ■エネルギー保存の法則において、動力の起点となる中心が動作する力と、その動力から起こりうる力はどのようなものがあり、どのように働いているのでしょうか? ■それらの力は最終的に 中心の力(起点となる動力)= 中心の力以外のいくつかの力 となるのですよね? ■特に、遠心力(向心力)と動力の関係がわかりにくく、遠心力は動力の妨げになるのでしょうか?
回答: >つまり、モーターの力(トルク?)=物体を円運動させる力+ロスでつり合っていて、エネルギー保存の法則から言えば、遠心力は余剰なエネルギーになるのでしょうか? 力またはトルクとエネルギーの関係を理解されないととんでもない誤解に陥ります。 エネルギー=仕事をする能力をできる仕事量ではかる 仕事=力×距離(正確には力と変位の内積の積分) 回転運動の場合、距離=半径×角度(弧度法による)ですから、 仕事=力×半径×角度=トルク×角度 となります。力とエネルギーは関係はあるものの全く異なる物理量ですから、力があるからエネルギーがあるという短絡は危険です。 いわゆる「回転力」および「抵抗力」はこの場合回転方向すなわち円の接線方向の力に関する表現です。回転力=抵抗力(モータートルク=摩擦・抵抗・負荷によるトルク)のつりあいが成り立っていれば、モーターの出力が負荷に対する仕事と摩擦・抵抗によるロスにふりわけられたということになるでしょう。 一方、遠心力は「ともに回転する立場」で見たときに半径外向きに受けるように見える「みかけの力」です。回転半径が変われば、遠心力が仕事をしたと見ることも可能ですが、そうでなければ遠心力は移動方向に垂直ですから仕事をしません。また、遠心力が仕事をしたように見えるのは「ともに回転する立場」から見てのことであり、外から見たら向心力が小さくなったために、物体がまっすぐ運動しようとして中心から離れたという慣性の表れに過ぎません。