[ November 5, 2021 2.02pm AEDT ] – エラ、8歳、メルボルン
[ 答えてくれる先生 ]
サムバロン
オーストラリア カトリック大学准教授
こんにちはエラ！なんて素晴らしい質問でしょう。
科学者にとって、エネルギーは実際には物ではないので、家がレンガでできているように、他の何かでできているわけではありません。
エネルギーはキャパシティー(容量)のようなものです。 キャパシティー とは何かをする能力です。
エネルギーと仕事
ミュージシャンのことを考えてみてください。彼らには楽器を演奏する能力があります。画家には絵を描く能力があります。
エネルギーは何かが仕事をするための キャパシティー です。
何かが別のオブジェクト(対象物)に力を加え、オブジェクトを押して特定の方向に移動させる時、何かが仕事をします。
どういう意味でしょうか？ さて、誰かがあなたにボールを投げて、あなたがバットでそれを打ったと想像してください。バットがボールに当たると、ボールの速度と方向が変わります。
エネルギーは、バットがボールの方向を変えるために必要な キャパシティー です。バットがスイングしているとき、それはそれが打つボールの方向を変えることができます。
バット を振るとき、あなたはあなたの筋肉に蓄えられたエネルギーを バット に注入します。強く振るほど、バットはより多くの仕事をすることができるので、より多くのエネルギーを 注入 することができます。
エネルギーの種類
何かが 仕事を する方法はたくさんあるので、さまざまな種類のエネルギーがあります。
私たちはすでに1つの種類に出会いました：バットのスイング。これは運動エネルギーと呼ばれます。それは動くことによって何かが持っているエネルギーです。
別の種類のエネルギーは位置エネルギーです。位置エネルギーとは、他の オブジェクト との位置関係で何かの仕事を引き起こす キャパシティー です。
これは、物を特定の場所に置くことが彼らにエネルギーを与えることを意味します。
ちょっと楽しい例を次に示します。半分開いているドアの上にバケツの水を置くことを想像してみてください。誰かがドアを通り抜けると、バケツが頭に落ちます。
バケツはドアの上にあるため、落下する可能性があります。そしてそれが落ちるとき、それはいくつかの仕事をすることができます。それはドアを通り抜ける人をずぶぬれにするだけでなく、頭にぶつかるでしょう。
したがって、バケツは、ドアの上に置かれただけで、動いていなくても、仕事をする キャパシティー があります。その キャパシティー が バケツ の位置エネルギーです。
アインシュタインの有名な方程式
有名な物理学者のアルバートアインシュタインは、あなたが以前に見たことがあるかもしれないエネルギーについての方程式を作りました：E =mc²。
この方程式では、Eはエネルギーを表し、mは質量（簡単に言えば、物質または物理的なものが何かに含まれる量）を表し、cは光速 (光の動くスピード) を表します。
この方程式は次のことを言っているようです。”エネルギーは質量に 光速の二乗を掛けたものに等しい” ということです。では、結局のところ、”エネルギーは何かでできている” ということでしょうか？
そうではありません。なぜなら、質量のないものの中にはエネルギーを持っているものがあるのです。たとえば、光です。太陽電池パネルで光のエネルギーを捕らえ、それを電気に変えるので、私たちは光がエネルギーを持っていることを知っています。
しかし、光は光子と呼ばれる小さな粒子でできており、光子には質量がありません。…??
ですから、もし全てのエネルギーが質量でできていたら、光にはまったくエネルギーが無いことになります！それでは太陽光発電の仕事の仕組みは謎になってしまいます。
結局のところ、光には質量がありませんが、運動量と呼ばれるものがあり、それが仕事をする キャパシティー を与えています。
質量、エネルギー、運動量
エネルギーが質量と運動量にどのように関連しているかを示す、アインシュタインの方程式のより複雑なバージョンがあります。（ アインシュタインの方程式 が間違えていたわけではないのですね：翻訳者解）
知っておくべき重要なことの1つは、光が非常に速く移動することです。何かのエネルギー量は、いくらかの質量に光速の二乗を掛けた数値によって決まるので、それは少しの物質でも光に乗って動けば、たくさんのエネルギーを運ぶことを意味します！
光は1秒間に約3億メートルを移動します。つまり、1キログラムの質量は約9兆ジュールのエネルギーに相当します。これは9で始まり、その後にゼロが18個あります：9,000,000,000,000,000,000。
（この方程式の仕組みを活かす）秘訣はその キャパシティー を解き放つことです。それが実際に核爆弾（および原子力発電）にどのように 仕事をさせるかの方法です。それらは物質に捕らえられたエネルギーを解き放ち、巨大な効果を生み出します。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation から再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
