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、ある速さで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。
上向きに4m持ち上げるので
50N×4m＝200J
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
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
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」です。
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と想像できます。
※【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．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。
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。
道具を使った仕事の話は
→【*道具を使った仕事②】←
のページを参考に。
