＜役立たず機械＞のエネルギー

＜役立たず機械＞が自分のスイッチを切るメカニズムを、ポテンシャルエネルギーの観点から考察します。電源をいれると、ポテンシャルの地形が変形するので、アームが動くのです。

変形するポテンシャルエネルギー

＜役立たず機械＞は、スイッチを入れるとモーターが動きアームがスイッチを切るのですが、これをポテンシャルエネルギーの観点から考えると、ポテンシャルエネルギーの地形が変形しているとみなせます。物体は基本的にポテンシャルエネルギーの低い方へ移動しようとするので、機械を動かそうと思ったらポテンシャルエネルギーの地形を操作してやればいいわけです。

スイッチがOffのとき

＜役立たず機械＞のスイッチがOffのとき、ポテンシャルエネルギーは次のような形を取ります。バネによってアームが引っ込んだ状態が一番ポテンシャルが低いので、＜役立たず機械＞の基本状態はそのような状態なのです。

スイッチがOnのとき

スイッチを入れると、ポテンシャルエネルギーの地形は変形し、ポテンシャルが一番低いのは、アームが外に伸びた状態となります。

こうなると、アームは動き始めます。アームは常に、ポテンシャルの低いところにいようとするということに注意して下さい。スイッチを入れた時アームが動くのは、電磁石によってポテンシャルの最低地点が変更されたからであり、アームがポテンシャルの高いところに移動しようと思ったからではありません。

アームがスイッチを切ると、磁力によるポテンシャルエネルギーは消滅し、ポテンシャルが最低となるのはアームが引っ込んだ状態となります。だからアームはまた引っ込むのです。