質問: 運動エネルギー・位置エネルギーと落下運動 物体を静かに落とした時、地面を基準としたら、落とす直前の運動エネルギーは0,位置エネルギーは最大になり、物体が地面に着いた時、運動エネルギーは最大,位置エネルギーは0になると思います。 では、物体が地面に着いた後のエネルギーはどうなるのでしょうか? 運動エネルギーは速さの2乗に比例しているみたいなので、速さが0になると運動エネルギーも0になるはずです。 しかし、力学的エネルギー保存の法則から運動エネルギーが0になったら位置エネルギーは最大になると思うので、再び運動エネルギーは0,位置エネルギーは最大になるのでしょうか?
回答: 地面に着いてから後の物体の状態がどういうものであるかによって変わります。 >速さが0になると運動エネルギーも0になるはずです。 地面に着いた時に「速度が0になる」ということはどういうことを想定していますか。 そのまま止まってしまうということでしょうか。一時的に0になった後、跳ね返るということでしょうか。 どちらも日常では経験しているはずです。 止まってしまえば「運動エネルギー=0」です。位置エネルギーも0です。 エネルギー保存則と力学エネルギー保存則とは意味が異なります。 力学的エネルギー以外のエネルギーへの移り変わりがある時は力学的エネルギーは保存しません。 力学的エネルギー以外へのエネルギーの移動が禁止されていればどうなるでしょう。 同じ速さで跳ね返るということが起こるはずだということになります。 どういう条件を整えればそういうことが起こるのかは別の問題です。 往復運動をしている振り子の運動は衝突でエネルギーを失わないように工夫されたものです。位置エネルギー⇔運動エネルギーの入れ変わりが何回も起こる現象です。バネの振動も同じような運動です。 ボールを地面に落とせば跳ね返ります。 でも大抵は元の高さよりもかなり低ところまでしか上がりません。 地面との衝突で力学的エネルギーがいくらか失われています。でも一度に0になるわけではありません。 失われた部分のエネルギーはボールが飛ぶこと以外に関係するエネルギーに移っています。 ボールの変形、地面の変形、接触時の摩擦等に使われています。