仕事と仕事率の求め方、そして力学的エネルギー保存の法則を学ぶ単元です。
だいじな考え方
- 物体に力を加えて、力の向きに動かしたとき、仕事[J]=力の大きさ[N]×力の向きに動いた距離[m]で仕事を求めます。動かしても力の向きに動いていなければ、仕事は0です。
- 動滑車やてこなどの道具を使うと、加える力は小さくてすみますが、その分動かす距離は長くなり、道具を使っても使わなくても、行う仕事の量は変わりません。これを仕事の原理といいます。
- 1秒あたりにする仕事の量を仕事率[W]=仕事[J]÷かかった時間[s]で表します。同じ仕事でも、短い時間で行うほど仕事率は大きくなります。
- 運動している物体がもつ運動エネルギーと、高い位置にある物体がもつ位置エネルギーの和を力学的エネルギーといい、摩擦や空気の抵抗がなければ、その和は常に一定に保たれます(力学的エネルギー保存の法則)。物体が落下すると、位置エネルギーが減った分だけ、運動エネルギーが増えます。
道具を使っても、仕事の量そのものは変わらない。
やりかた
- 力の向きと、動いた向きが一致しているかを確認する
- 仕事=力×距離の式で仕事を求める
- 仕事率が必要なら、仕事を時間でわる
- エネルギーの問題では、位置エネルギーと運動エネルギーの和が一定であることを使う
れい
問題: 50Nの物体を2mの高さまで、一定の速さで3秒かけて持ち上げた。このときの仕事と仕事率を求めなさい。
- 仕事=力×距離
- 仕事=50×2=100J
- 仕事率=仕事÷時間
- 仕事率=100÷3
答え: 仕事100J、仕事率はおよそ33.3W
つまずきやすいところ
動滑車を使うと、仕事の量そのものが少なくてすむと思ってしまう
力は小さくてすみますが、動かす距離が長くなるため、仕事の量は変わりません
落下している間、力学的エネルギーはだんだん小さくなると考えてしまう
摩擦や空気の抵抗がなければ、位置エネルギーが運動エネルギーに移り変わるだけで、和は一定です
たしかめ方
- 求めた仕事率に時間をかけ算し(33.3×3)、もとの仕事100Jに近い値にもどるか確かめます。
- 動滑車を使った場合と使わない場合で、それぞれ仕事を計算し、同じ値になっているか確かめます。