高校講座 物理基礎 31.仕事

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高校講座「物理基礎」。今回の学習テーマ少し新しい分野に入ります。その初めに登場するのは「仕事」です。中学校でも3年次のときに学習済みの単元ですが、エネルギーにつながる大切な単元でもありますので、しっかり勉強していきましょう。
前回内容の確認▶浮力(2)・浮力の反作用

仕事

仕事とは、物体に力を加え、物体を力の方向や力の方向と逆向きに動かしたとき、力は物体に対して仕事をしたといいます。物体が動いた向きと同じ向きに力がはたらいている場合は正の仕事、物体が動いた向きと逆向きに力がはたらいている場合は負の仕事、物体が動いた向きと力の向きが垂直になっている場合は力は物体に対して仕事をしていないことになります。したがって、仕事を求める場合は向きをしっかりと確認する必要があります。

仕事の計算は非常に簡単で、中学校でも学習してきたと思います。仕事の量を表す単位は[J]で、計算方法は力の大きさ[N]と動いた距離[m]の積で求めることができました。

仕事W=Fx(仕事W[J]、力F[N]、距離x[m])

単位に気を付けて計算してください。問題文では質量のkgやg、距離はcmなどで与えられる場合がありますが、必ず公式通りの単位に変換し計算するようにしましょう。

動いた向きと力が斜めの場合

物体が動いた向きに対して、力の向きが斜めになっている場合は、力を物体が動いた向きと物体が動いた向きと垂直な向きに分解し成分分けを行ってください。このとき、物体が動いた向きの力の成分だけが物体に対して仕事をしたことになり、垂直な成分は仕事に関与していません。

仕事W=Fxcosθ

という公式が登場しますが、力を成分分けしてやればいいだけの話です。

仕事の問題のアプローチ

次の手順で問題を解いていってください。

  1. 物体の運動のようすを考え、物体にはたらく力を作図する
  2. 物体が動いた向きと力の向きを確認する
  3. 斜めの場合は成分分けを行う
  4. 単位に注意して、力と距離の積を求める

という流れで計算してください。それでは実際に問題挑戦しましょう!

【問題】仕事

あらい水平な面上に質量10kgの物体を置き、右向きに5.0Nの力を加えて、物体を一定の速さで5m動かした。このとき次の各問いに答えよ。ただし、重力加速度の大きさを9.8m/s2とする。

31

(1) 5.0Nの力が行った仕事を求めよ。

(2) 動摩擦力が行った仕事を求めよ。

(3) 垂直抗力が行った仕事を求めよ。

 

 

 

【解説動画】仕事

 

 

 

【解答】仕事

(1) 5.0×5.0=25J

(2) -5.0×5.0=-25J

(3) 0J

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