運動エネルギーと位置エネルギー

運動エネルギーと位置エネルギーは、エネルギーの2つの状態です。宇宙には、太陽エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギー、重力エネルギー、化学エネルギーなど、さまざまな形でエネルギーが存在しています。すべてのエネルギーは、基本的に運動エネルギーと位置エネルギーの2つに分けられる。この2つには違いがあり、それは例によって説明することができます。

手にゴムボールを持ち、空中に投げるとします。この球は、地球に近く、静止しているため、最初は位置エネルギーがゼロである。しかし、その速度が上がると運動エネルギーを得ることができる。地球の引力により、この運動エネルギーは徐々に減少し、ボールが空中で停止すると、やがてゼロになる。運動の最高地点で、ボールが位置エネルギーを持つのは、高さがあって静止している間だけである。今度は、ボールが再び下向きに動き出すと、運動エネルギーが再び増加し始め、地面に戻ると、位置エネルギーが減少します。最後に地面に着いたとき、その運動エネルギーは最大となり、位置エネルギーはゼロとなる。

滝は、その高さゆえに位置エネルギーと運動エネルギーの両方を持っています。滝の上部がエネルギーに満ちているとき、それはエネルギーに満ちた滝となるのです。しかし、水が底に着いたときには、運動エネルギーだけで、位置エネルギーはありません。この運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで、電気を発生させる。ヨーヨーで遊ぶとき、ボールは手に触れた時点では位置エネルギーしか持っていませんが、下降するにつれて運動エネルギーを得て、最下点で位置エネルギーがすべて運動エネルギーに変換されます。ボールが再び上昇するとき、その運動エネルギーは再び位置エネルギーに変換される。

上記の例から明らかなように、運動エネルギーとは、物体が運動した状態の結果として持つエネルギーである。実は、動機の語源はギリシャ語の「キネシス」、つまり動きを意味する言葉なのです。

一方、位置エネルギーは、物体が静止しているために持っているエネルギーである。エネルギーを回復させるとも言われています。すべての物体は、位置エネルギーが変位力に対抗するため、静止した位置に戻ろうとする性質があります。これは、地球の引力のおかげです。重力がなければ、空中に投げたボールが地球に戻ってくることはなく、上へ上へと旅を続けることになる。

エネルギーは作ることも壊すこともできず、ただその形を変えるだけである。だから運動エネルギーは位置エネルギーに変わり、その逆もまた然りである。