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}}}}}}}}}}}}}。 {\displaystyle W=\Delta 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Fdの積になります。

W = F d {displaystyle W=F\cdot 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。Zoom
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。

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