仕事とエネルギーの違いとは？

エネルギーとは物体が持っているもので、運動、高さ、温度、化学変化のような形で蓄えられている。仕事とは、力が物体を動かすことで物体に移すエネルギーのこと。単位はどちらもジュールだ。10kgの箱を2メートル上の棚へ持ち上げると、君は箱に約200ジュールの仕事をしたことになる。箱はその200ジュールを、高さという形の追加のエネルギーとして持つ。エネルギーは箱が持っているもの。仕事は、それがどうやって箱に入ったかだ。

仕事とはエネルギーの移動のことで、エネルギーとはその移される量のこと。物体はいくつもの形でエネルギーを持てる。運動、高さ、温度、化学変化、そして押し縮めたバネのような形そのものだ。力は物体を動かすことでエネルギーを出し入れし、その移動が仕事である。押したり引いたりする方向への動きだけが数えられる。エネルギーがどこに落ち着くかは、物体に働くすべての力で決まり、君の力だけでは決まらない。自転車に乗れば、その全部が順に見える。ブレーキをかけたままペダルを強く踏んでも、何も動かないので仕事はゼロだ。ブレーキを離して坂を上れば、ペダルの一回転ごとにエネルギーが移る。脚がペダルを押し回し、筋肉が使った分は高さとして蓄えられる。ペダルを漕がずに下れば、今度は重力が仕事をする。重力が坂の下へ引き、高さが速さへ戻っていく。坂の下でブレーキをかければ、最後の仕事は摩擦がして、車輪を遅くし、速さをブレーキの中の熱に変える。筋肉の踏ん張りが稼いだ高さになり、高さが速さになり、速さが熱になった。エネルギーは一歩ごとに移され、その合間は蓄えられていた。仕事は移動のこと。エネルギーは蓄えられているもののこと。熱もエネルギーを運べる。熱い物体から冷たい物体へで、その移動を駆り立てるのは温度差であり、力はいらない。

ぜんまい仕掛けのおもちゃを巻くとき、君はおもちゃに仕事をしている。君がねじを押し回し、ねじが回り、エネルギーが筋肉からバネへ移っていく。巻くのをやめれば、そのエネルギーは巻かれたバネの中に座り、おもちゃが止まっている限りそこにある。おもちゃを放すと、今度はバネが仕事をする。バネが車輪を押し回し、車輪は押された方向に回り、蓄えられたエネルギーが動きへと移されていく。ねじを回さずに握りしめるだけなら、どれだけ強く握っても何も移らない。仕事に必要なのは動きであって、力むことだけではないからだ。エネルギーはバネが抱えているもの。仕事は、そこへの出し入れの一回ずつだ。