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エネルギー保存の法則とは？1分でわかる意味、仕事とエネルギーの関係
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エネルギー保存の法則とは、外力のする仕事と物体の内部に蓄えられるエネルギーが等しい、とする原理です。エネルギー保存の法則は、不静定構造の問題を解く理論に用います。今回はエネルギー保存の法則の意味、仕事とエネルギーの関係について説明します。仮想仕事、仮想仕事の原理の意味は下記が参考になります。
仮想仕事とは？1分でわかる意味、たわみ、構造力学、仮想仕事の原理
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エネルギー保存の法則とは？
エネルギー保存の法則とは、外力のする仕事と物体内部に蓄えられるエネルギーが等しい、とする法則です。外力による仕事をW、内部に蓄えられるエネルギーをUとするとき、
W=U
がエネルギー保存の法則です。Uをひずみエネルギーともいいます。ひずみエネルギーの意味は、下記が参考になります。
下図をみてください。棒に外力が作用しています。外力により、棒が変形に伴い変位しました。※変形、変位の意味は下記が参考になります。
変形とは？1分でわかる意味、伸び、縮み、たわみ、変位との違い
外力により変位が生じる時、その積を仕事といいます。似た用語に仮想仕事があります。仮想仕事の意味は、下記が参考になります。
仮想仕事とは？1分でわかる意味、たわみ、構造力学、仮想仕事の原理
下図のように、一定の力Pが物体をｓだけ動かしました。この仕事Wは、
W=PS
です。下図を見てください。縦軸に力、横軸に変位量をとりました。この面積が、仕事の値です。
エネルギー保存の法則と仕事、エネルギーの関係
構造部材に作用する力と変位は、比例関係にあります。0から徐々に荷重を増やし、徐々に変位が大きくなるのが普通です。下図をみてください。0からPという外力を作用させ、Sだけ変位が生じました。この面積が仕事です。
よって、仕事Wは
W=PS／2
です。
また、微小変位dsと外力Pによる仕事量は、
W=∫Pds
です。
また、外力による仕事量は、前述した線形だけでなく非線形も考える必要があります。例えば、弾性材料でも塑性化後は非線形となります。線形、非線形の意味は下記が参考になります。
線形とは？1分でわかる意味、非線形との違い、線形的な材料、線形
非線形とは？1分でわかる意味と定義、線形との違い、現象、解析法
まとめ
今回はエネルギー保存の法則について説明しました。意味が理解頂けたと思います。エネルギー保存の法則は、外力による仕事と内部に蓄えられるエネルギーが等しい、という法則です。仮想仕事の原理などの基本となる考え方です。是非理解してくださいね。下記も参考になります。
仮想仕事とは？1分でわかる意味、たわみ、構造力学、仮想仕事の原理
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- 名前 ハナダユキヒロ/MITUME lab主宰.（筆者のコラムはこちら）
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
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