力学 物理

保存力と非保存力の違いとは?【見分け方や具体例をわかりやすく紹介】


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悩んでる人

保存力非保存力って何ですか?

こんな悩みを解決していきます。

意外と知らない人が多い『保存力』と『非保存力』ですが、物理の成績を伸ばしたければ絶対知っておく必要があります。

なぜなら、2つの力の違いがわからないと、この先エネルギー保存と力学的エネルギー保存の法則の違いがわからなくなり、入試で減点される恐れがあるからです。

そこで今回は、この先のエネルギー保存で詰まらないためにも、保存力と非保存力の違いについて勉強していきましょう。

保存力と非保存力の違いとは?【具体例を紹介】

それでは、保存力と非保存力の違いについて説明していきます。

物理の世界では、力の種類は大きく以下の2つに分けられます!

ポイント

保存力・・・重力、弾性力、静電気力、万有引力

非保存力・・・上以外の力

それぞれを簡単に見ていきましょう。

その①:保存力の仕事は基準からの距離で変化する

保存力とは、仕事が経路によらない力のことを言います!

悩んでる人

どういうことですか?

例えば、重力\(mg\)のする仕事は\(mgh\)で表せるよね。このエネルギーは、どんな道筋をたどっても、基準からの変化のみによって決まるんだ!

塾長

例えば、左の図のようにまっすぐ物体を持ち上げても、右の図のように途中寄り道しても、エネルギーはどちらも同じになります!

このような力を、保存力といいます。

保存力は、重力、弾性力、静電気力、万有引力の4つがあるので覚えておきましょう。

重力、弾性力、静電気力、万有引力のエネルギーはすべて、位置エネルギーを定義できることも覚えておこう!

塾長

保存力とは

・入試に出るのは重力、弾性力、静電気力、万有引力の4つ!
・その力による位置エネルギーを定義できる!
・仕事は移動した経路によらない!


その②:非保存力は移動した経路で仕事がきまる

非保存力とは、保存力(重力、弾性力、静電気力、万有引力)以外の力のことを言います!

非保存力、何か思いつくかい?

塾長

摩擦とか、張力とか垂直抗力です!

いいね!非保存力がする仕事は、保存力とは違って経路によって変化するんだ!

塾長

非保存力とは

・重力、弾性力、静電気力、万有引力以外の力のこと
・仕事は移動した経路による!

【注意】意外と知らない力学的エネルギー保存則と保存力の関係

いきなりだけど、『力学的エネルギー保存則』と『エネルギー保存則』の違いって説明できるかい?

塾長
悩んでる人

えーーーっと、、、

実は、この違いを知らないと、試験で減点される可能性があるんだ!

塾長

受験生でも、区別しないで使っている人が、たくさんいますが、知らないと試験で減点される可能性がありますので、定義を確認しておきましょう!

2つの違い

力学的エネルギー保存則・・・力学的 (運動エネルギー、位置エネルギー)なもののみ

エネルギー保存則・・・力学的エネルギー+光、熱、音など

力学的エネルギー保存則の定義は、
『運動エネルギー+保存力のする仕事』において成り立つ規則ということです!

悩んでる人

どういうことですか?

例えば、摩擦などの『非保存力がする仕事』が入ってる式に、”力学的エネルギー保存則より”と書くと間違いなんだ!

塾長

なるほど!摩擦などの「非保存力の仕事」が入っている場合には、”エネルギー保存則より”と書かなくてはいけないのですね!

ポイント

非保存力のする仕事が入っている式は、力学的エネルギー保存則ではなく、エネルギー保存則である


まとめ:保存力と非保存力の違いと具体例を覚えておこう!

今回は、保存力と非保存力の違い力学的エネルギー保存則とエネルギー保存則について説明しました!

言葉の定義や、力の分類を知らないと、記述で減点されるだけではなく、式の立て方も間違ってしまう可能性があります。

大したことないように見えますが、すごい大切なことなので、しっかりと覚えておきましょう!

そして、今回の保存力と非保存力の話は、力学的エネルギー保存則にも関係してきます。

周りの受験生と差がつく力学的エネルギー保存の法則の導出は、以下の記事で紹介しているので参考にしてみてください。

関連記事力学的エネルギー保存則が使えるのはどういう時?公式が使える2つの条件を徹底解説!

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しばけん

現役時代センター試験60点台。浪人中予備校に通い神授業に出会う。旧帝大模試で物理偏差値65を叩き出し、その経験を活かして現在は塾で中学生や高校生に数学や物理を指導中。

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