仕事 (物理学)
物理学では、力が身体に作用したときに力が働き、力の作用する方向に作用点のズレがあります。
体に作用する力によって行われる仕事は、変位の方向に沿った力に適用点の変位を乗じたものである。
仕事をするのは力であって、力を生み出したのは代理人ではない。運動は仕事の要件である。
エネルギーと同様にスカラー量であり、SI単位はジュールである。熱伝導は、巨視的に測定可能な力がなく、原子の衝突で発生する微視的な力だけであるため、仕事の一形態であるとは考えられていません。仕事という言葉は、1830年代にフランスの数学者ガスパール=グスタフ・コリオリによって作られた。
仕事エネルギー定理によると、外力が剛体に作用してその運動エネルギーがEk1からEk2に変化した場合、機械的仕事(W)は次式で与えられる。
W = Δ E k = E k 2 - E k 1 = m v 2 2 2 2 - m v 1 2 2 2 {\displaystyle W= ΔE k = E_{k}=E_{k_{2}}-E_{k_{1}}={frac {mv_{2}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}{2}}}}}}}}}}}}}。
ここで、mは物体の質量、vは物体の速度である。
一定の力Fが物体に作用し、物体が距離dだけ変位し、力と変位が互いに平行である場合、物体に加えられる仕事はFとdの積になります。
W = F ⋅ d {displaystyle W=F\cdot d}.
力と変位が同じ方向にあれば、仕事は正です。力と変位が反対方向にある場合、仕事は負の値になります。例えば、本を持ち上げているときの重りの仕事は負です。これは、下向きの重りが上向きの変位と反対方向にあるからである。
野球のピッチャーは、ボールにエネルギーを伝えて仕事をしています。
質問と回答
Q:物理学でいう仕事とは何ですか?
A:仕事とは、ある物体にある一定時間力を加えたときに、その物体が受ける力のことです。
Q:仕事は数学的にどのように表されるのですか?
A:仕事はW=Fs cos èという式で表されます。Wは仕事、Fは力の大きさ、sは変位、cos èは力の方向と実際の変位の方向との間の角度を表しています。
Q:力の方向と変位の方向に角度がある場合はどうなるのでしょうか?
A:力の方向と変位の方向に角度がある場合、平行に押すよりも効率が悪くなるため、仕事量が少なくなります。力の方向に対して垂直(90°)であればあるほど、より多くの仕事がゼロに近づきます。90°より大きい場合、全体的な動きは力が意図した方向と逆になり、結果として負の仕事となります。
Q: 熱伝導は仕事の一形態とみなされますか?
A:いいえ。マクロ的に測定可能な力が存在せず、原子の衝突で発生するミクロ的な力のみであるため、熱伝導は仕事の一形態とは見なされていません。
Q:「仕事」という言葉は誰が作ったのか?
A:「仕事」という言葉は、1830年代にフランスの数学者ガスパールギュスターヴ・コリオリによって作られました。
Q:仕事-エネルギーの定理は何を示しているのですか?
A:仕事-エネルギー定理によれば、剛体に外力が作用してその運動エネルギーがEk1からEk2に変化した場合、機械仕事(W)はmv2/2 - mv1/2 (ここでmは質量、vは速度)で計算できることになります。