物理のエネルギーの使いこなし術改め物理とエネルギー(その4)です。前回ストックエネルギーをやったので、フローエネルギーについてやります。。。が、この記事はいらないかな？と迷いました。具体例をあげる時にはガンガン出てくるので、一応触れておきます。
フローエネルギーのイメージ
フローエネルギーで代表的なのものをあげると
力学:摩擦や色んな力のする仕事や摩擦熱
電磁気:電源のする仕事や抵抗のジュール熱
熱:吸収や放出する熱量や外部にする仕事
あたりでしょうか？これらのイメージはとにかくストックに対してエネルギーがプラスだと流入(フローインflow in)する感じとマイナスだと流出(フローアウトflow out)する感じをイメージするだけです。あえて書くなら仕事はストックエネルギーに対してアクションを起こすフローで、ジュール熱はストックからさよならーって出ていくフローといった感じでしょうか？？それより求め方と意味くらいを理解しておけば十分でしょう。
ここでは教科書にあるような細かい説明や定義は省きますが、微小量Δを扱う問題に対処するため(微小量についてはその6くらいでやります)、
ΔW[J]=F[N]xΔx[m]
ジュール熱は
ΔQ[J]=P[W]xΔt[s]
P[W]=I[A]xV[V]
とまとめておくのがオススメです。
FとPが一定だったり平均だったりするとΔを外すというのが1番効率良い運用法です。あとは仕事はFとΔxの方向に注意するあたりがポイントでしょうか？
(もちろんF-xグラフ、P-tグラフを書いて、今考えたい区間を積分するってのでもなんの問題もないです)
ストックからフローをみる
物理のストックエネルギーの基本はストックにフローが入ってきたら増えて、フローが出ていったらストックが減るということを扱えば良いだけです。前々回同様お金に例えますると、今10,000円の所持金があり、3,000円収入があれば、所持金は
10,000+ 3,000=13,000円になります。
また、3,000円の支出があれば、所持金は
10,000− 3,000 = 7,000円になります。
ただ、入試問題ではフロー(仕事や熱)を直接出してストック(エネルギー)を考えるより、ストックの変化量からフローを出すケースが難問になるのがほとんどです。上と同様に例えると
所持金10,000円が13,000円になりました。いくらの収入がありましたか？
所持金10,000円が7,000円になりました。いくらの支出がありましたか？
と問われるケースです。
応用問題では、所持金の財布の数(前々回の例えだと口座の数)が増えるだけで、誰の財布が間違えたり数え忘れたりしなければ、結局このレベルの問題を扱っているにすぎません。
うだうだ書きましたが、お金の例でわかるように、ストックを理解すればフローは自動的に理解できるはずなので、ストックとフローの2種類のエネルギーをちゃんと区別できれば、フローは問題演習やってるうちに嫌でもついてくるといいたいだけです。
次回のブログでは、「なんだ、全部お金と同じじゃん」となるところだけにスポットをあてて、教科書や参考書の例題にあげられているようなものをやってみます。
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