技術資料

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構造解析用語
ポテンシャルエネルギー (potential energy)

エネルギーは仕事(work)をすることができる能力を意味し、仕事と同じ物理的な単位(unit)を持っています。高速道路を走る車は、他の物体とぶつかったとき車体を歪まかねできる運動エネルギー(kinetic energy)を持っており、屋上に置かれている物体は、地面に落ちたときに地面に衝撃荷重(impulse force)を加え変形させることができる位置エネルギー(position energy)を持っています。このほか、私たちの周りには、火力、水力、風力など、さまざまなエネルギー源(energy source)が存在します。

エネルギーの中でのこととして、外部に消費されず保存されるエネルギーを特にポテンシャルエネルギーと呼びます。厳密な意味で、地球上には仕事として全く消費されない純粋なポテンシャルエネルギーを持つ物体は存在しません。たとえば、ビーズを地面に落とすと地面にぶつかった後、再び跳ね返って元の高さまで戻らないといけないですが、少し低い位置まで上昇します。その理由は、位置エネルギーの一部がビーズと空気との摩擦による摩擦の仕事で地面を変形させることで消費されるためです。従って、このように外部に消費される仕事が存在するため、ポテンシャルエネルギーは外部に消費されてない残りのエネルギーとして定義されます。

ポテンシャルエネルギーは、工学分野において非常に重要な役割を果たし、特に最小ポテンシャルエネルギーの原理(minimum potential energy theorem)は、物体の挙動を分析する元でありながら、レイリーリッツ法(Rayleigh-Ritz method)のような数値手法の基礎となります。

 
 
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