中3物理【仕事とは】

このページでは「仕事」と「仕事率」について解説しています。

「仕事」の意味を正しく理解しておきましょう。

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1.仕事

■仕事

物体に力を加えて、力の向きに物体を動かすこと。

そして物体の持つエネルギーを変化させること

求め方は…

仕事[J]=力[N]×力の向きに動いた距離[m]

仕事[J]=エネルギーの変化量

「仕事」という言葉の意味を正しく理解しておきましょう。

参考書などでは「物体に力を加えて、力の向きに物体を動かすこと」と書いてあることがほとんど。

これも大事ですが、もう一つ。

仕事とは物体の持つエネルギーを変化させることなんです。

例えば・・・

Aくんが床に置いてあるおもりをある高さまで持ち上げる。

これは位置エネルギーを変化させることになりますね。

だから「Aくんはおもりに仕事をした」と言うことができます。

また、動いている物体が摩擦のある面を通ろうとすると、物体の速さは減少し、やがては静止します。

この場合は運動エネルギーが変化したことになります。

だから「摩擦力は物体に仕事をした」と言うことができます。

そしてこの仕事の量を求めるとき。

仕事の量は

仕事[J]=力[N]×力の向きに動いた距離[m]

で求めます。

ここで仕事の意味を再確認。

「物体の持つエネルギーを変化させること」でしたね。

だから次のようにも求めることもできます。

仕事[J]=エネルギーの変化量

2.仕事の量を求める

では実際に仕事の量を求めてみましょう。

例1

↓の図のように、5kgの物体を4m持ち上げます。

物体を持ち上げるには上向きに50Nの力が必要です。

50Nの上向きの力で、上向きに4m持ち上げるので

50N×4m=200J

(『仕事=力×力の向きに動いた距離』の式を利用)

つまり200Jの仕事をしたことになります。

例2

摩擦のある面上の物体に糸を付けて右向きに3m引きます。

このとき摩擦力が4Nかかったとします。

物体を引くには右向きに4Nの力を加えます。

そして右向きに3m引きますので

4N×3m=12J

(『仕事=力×力の向きに動いた距離』を利用)

つまり12Jの仕事をしたことになります。

例3

斜面上に物体が置いてあります。

これを8Nの力で斜面に沿って10m引きます。

このとき斜面に平行な向きに8Nの力を加えます。

そして斜面に平行な向きに10m引きますので

8N×10m=80J

(『仕事=力×力の向きに動いた距離』を利用)

つまり80Jの仕事をしたことになります。


ここでもう一度。

仕事とは「物体の持つエネルギーを変化させること」でした。


では【例1】では何のエネルギーが変化しましたか?

高さが高くなったので位置エネルギーが増加しましたよね?

位置エネルギー(J)=重さ(N)×高さ(m)で求められますので

その増加量は50N×4m=200Jです。

仕事の量と一致していますよね?


【例3】ではどのエネルギーが変化しましたか?

斜面上を上ったので、これも位置エネルギーが増加しました。

重さや高さはわかっていませんが、仕事の量が80Jであることから

位置エネルギーの増加量も80J

と推測できます。


※【例2】では何のエネルギーが変化したの?という疑問を持つ人がいると思いますが、摩擦によって熱エネルギーが上昇しています。

つまり物体の温度がささやかながら上昇しているということです。


3.仕事率

■仕事率

仕事の能率・効率の良さを表す。単位は【W】(ワット)

正式な意味は、1秒あたりにしている仕事の量のこと。

求め方は

仕事率(W)=仕事(J) / 時間(s)  (=仕事÷時間)

※仕事率の単位【W】は、電力の単位としても使われています。

電流回路における仕事とは、電流のした仕事の仕事率という意味です。

4.まとめ

仕事を計算する問題は大きく2種類に分かれます。

①物体を持ち上げる・・・さきほどの【例1】【例3】

②摩擦に逆らって横に動かす・・・さきほどの【例2】

①物体を持ち上げる

①の場合の仕事は

仕事(J)=力(N)×力の向きに動いた距離(m)

という求め方だけでなく

仕事(J)=エネルギーの変化量

(①の場合は位置エネルギーが変化するので、仕事は「重さ(N)×高さ(m)」で求められる!)

という求め方もできます。

求め方が2つある、と理解しておくことが重要です。

②摩擦に逆らって横に動かす

②の場合の仕事は

仕事(J)=力(N)×力の向きに動いた距離(m)

の式で求めることがほとんど。

ですのでこの式を頭に入れておきましょう。

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よければどうぞ。

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