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物理基礎~仕事と仕事率~
力と距離の関係
力学台車を赤線から赤線までゆっくり引き上げたとき、力の大きさと距離はどうなるか
①直接引に上げた場合
距離は1マス2cmなので10cm=0.1m
① ② ③
このときの力の大きさは10N
加えた力[N]
10
4.0
5.0
坂を斜めに引き上げる場合
距離[m]
0.10
0.25
0.20
力の方向に動かした距離は0.25m
力の大きさは4.0N
hx距離
1.0
1.0
1.0
動滑車を使って引き上げた場合
ロープを引き上げた距離は0.20m
仕事:結果が同じとき加える力と距離を掛けた値は
同じになる。
力の大きさは5.ON
FINX
物体に一定の力を加えて、力の向きにx移動させたとき、
Fxx
力は物体に仕事をしたという。
このとき仕事 W=Fxと定義され、仕事の単位はジュール[J]
0
x
x(m)
縦軸が力、横軸が距離のF-Xグラフで表すと、上の右図のように、仕事Wはグラフ面積のFxxで頑すことができる。
仕事の原理 物体を動かすとき、道具の使用によらず同じ結果を得るためには同じ仕事が必要になる。
Aさんが大きな荷物を動かそうと押しているが荷物が動かない。→押している力は仕事をしたといえるか??
※物理では、荷物に対して仕事をするのは人ではなく、人が荷物に加えた力と考えることに注意!
今この場合、荷物に力は加わっているが、移動した距離は0
仕事の式 W=Fxにあてはめて考えると、距離が0の場合、どんなに力が大きくても、仕事は0.仕事したとはいえな
移動の向きとは逆向きにはたらく力には負の値(マイナス)がつく。距離に向きを加えたものが変位で、仕事に関係。
逆向きに力がはたらいているとき、W=Fxと表すことができ、引力は負の仕事をしたといえる。
②キャリーケースを引っ張って運ぶとき、引っ張る力はどんな仕事をしているか
Fy
W:Fxx
移動距離と
キャリーケースは斜め上向きの力で引っ張る。
力は移動する向きの力と、移動する向に垂直な力Fyに分解できる。
キャリーケースはFy方向には移動していないので、移動方向と垂直な力yは、物体に
対して仕事をしていない。したがって、斜め上向きの力がする仕事Wは、移動方向に引っ張る力Fxと移動距離
をかけて求めることができる。
仕事の能率について考えると、1秒あたりの仕事を仕事率といい、P=とすことができる。
仕事率は中で表し、単位はW(ワット)
→能率良く仕事をした方が、仕事率の値が大きくなる。
CANDYDONE LEAH KEFLORAT