知ってますか? 「仕事」と「エネルギー」の単位 | 中3生の「理科」のコツ

教科ごとの勉強法

中3です。「仕事」も「エネルギー」も、単位は同じ…?

 
中学生から、こんなご質問をいただきました。

「“エネルギー”は、

 “仕事”と同じ単位を使うのですね。

 なぜ同じなのか、謎です…」



大丈夫、安心してください。

理解のコツをお教えしましょう!


おっしゃる通りで、

“仕事”“エネルギー” も、

単位はジュール(J)を使います。


単位が同じなのは、

“仕事” も “エネルギー” も、

「物体を動かす」という、
同じ話の中で出てくるからです。


では、詳しく解説します。

成績アップへ、行きますよ!


■まずは準備体操から!

もしかすると、

仕事って何ですか? 理科では特別な意味?」

ジュール(J)が分かりません…」

という中学生もいるかもしれません。


そんな皆さんのために、

“準備体操”のページをご用意しました。


こちらのページでは、

◇理科の世界での、「仕事」の意味

を解説しています。


もう1つのページは、

「仕事」の単位:ジュール(J)

を詳しく説明しています。


読んだあとで戻ってくると、

“すごく分かるようになったぞ!”

と実感がわくでしょう。


理科のコツは、基礎から1つずつ
積み上げることです。


実力アップに直結しますよ!



■「おこづかい」のたとえ話

では、準備のできた中3生に向けて、

本題へと進みましょう。


“仕事”“エネルギー” は、

どちらも「物体を動かす話」の中で
出てくるものです。


“仕事”は、

実際に物体を動かした量

のことなので、

動かしたあとで考えることが多いです。


いっぽう、“エネルギー”は、

◇物体を動かすことができる能力

を意味するので、

動かす前の話であることが多いです。


「なるほど!」

という声も少し聞こえましたが、

まだピンと来ない中3生もいるでしょう。

そこで、こんな“たとえ話”を。

--------------------------------

【おこづかいで「本を買う」】

本屋さんに入ったら、

Aさんが以前から欲しかった、
400円の単行本がありました。

Aさんは、

ちょうどおこづかいを持っていました。

そこで、400円支払い、
単行本を買いました。


---------------------------------

ここでは、

「単行本を買った」

という行動(動き)が“仕事”です。


「単行本を買った」という“動き”が、

理科の世界では、

「仕事をした」という言い方になります。


(行動が終わった後で、

 「先ほどの行動は…」という形で
 計算が始まるので、

 過去形と相性がよいですね!)


いっぽう、

「400円のお金を持っている」

ということが、“エネルギー”です。


まだ買い物をしていなくても、

「買おうと思えば、買える」

(=400円あるので、

  400円のものなら、買う能力がある

ということですね。


行動するための能力(可能性)があることを、

理科の世界では、

「エネルギーをもっている」

と言います。


エネルギーの話は、

実際の動き(行動)が起こる前から
することができますよ。

理科のコツが、見えてきましたね!



■理科の「エネルギー」とは?

たとえ話で、イメージがつかめたと思います。

「エネルギー」とは、

◇物体を動かしたり、
 変形させたりする能力(可能性)のこと


ですから、

まだ動きが起きていなくても、

「エネルギーをもっている」

という言い方ができます。


いっぽう、

「重さ50N の物体を、1m 持ち上げました。」

というように、

・報告の形で書いてある (過去形)

「持ち上げた」という“動き”がある

こんな場合は、「仕事」ですね。


(ちなみに、この例では、↑

 仕事の大きさは、

 50N × 1m = 50J となります。

 準備体操のページで、
 計算法も説明しましたね。)


「なるほど!」という声が、

先ほどよりもたくさん聞こえました。

さすが中3生の皆さんです。

理解力も高まっていますね。


では、こんな例はどうでしょう?

私から皆さんに質問です。


高さ1m のところに、
 重さ50N の物体があります。


 物体の下に段ボール箱を置いて、

 物体を落としたら、どうなる?


5秒考えてください。



はい、ではどうぞ~~!!


(「…ええぇっ?」

 と思う中学生もいるかもしれませんが、

 元気のいい声が響きましたね。

 実力アップも、本物のようです。)


(回答例)潰れる 予想

(回答例)へこむ ← 予想

(回答例)傷つく 予想


その通りです。

落とせば段ボールにあたり、
形が変わるでしょう。


皆さんの“予想”は当たっています。


それで――

“予想”と言った通り、

この質問で、私はまだ、

物体を落としてはいません。

「落としたら、どうなりそうですか」

可能性の話をしているのです。


ですから、これは“エネルギー”の話。

高さ1m のところにある、
重さ50N の物体は、

「エネルギーをもっている」と言います。

50N × 1m = 50J ですから、

「50J のエネルギーをもっている」

というわけですね!



<まとめ>

物体のもつ「エネルギーの大きさ」は、

その物体ができる「仕事の大きさ」

同じになります。

同じ単位、ジュール(J)を使うのは
そのためです。



先ほどの、

高さ1m にある、重さ50N の物体

を実際に落とせば、

50J の衝撃が、段ボールに加わります。


今までにたくさん実験した人がいるので、

皆さんが今ここで、

50N の物体を落として
箱を壊してみなくても、


50J の衝撃が起こることや、

箱が壊れることはもう分かります(笑)


ですから、どうしてもやりたい人が、

50N の物体を落とし、

「衝撃をはかってみました」と言って、

破壊(=“仕事”)の大きさを
測定したとしても、

それは50J なのです(笑)


物体を落とさなくても、

上に置いてある50N の物体を見て、

皆さんは“心の目”でイメージし、

数秒後(=可能性)が見えるはずです。


「ああ、下の箱が壊れそうだな」

「高いところにある、重いものは危ないな」



そう“感じる”ことじたいが――

上に置いてある50N の物体が、

「エネルギーをもっている」ことを

知っているということなのです。


そして、落とさなくても、

計算によって、

この物体のもつエネルギーが
50J であることが分かる、

ということになりますね!



さあ、中3生の皆さん、
次のテストは期待できそうですね。


定期テストは、「学校ワーク」から
たくさん出るものです。

スラスラできるよう、
繰り返し練習しておきましょう。


理科もグングン上げられますよ!
 

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