仕事

【仕事の観察】
日常私たちは「仕事」をして疲れたといいます.
物理の「仕事」も同じ意味なのか学習します．
次の条件でボールを移動させ，
①　仕事の大きさがどのように変化するか．
②　いくらの力でボールが動き始めるか．
を観察して下さい．

動かす方向	摩擦力や重力の大きさ	【参考】ボールの質量は0.5[Kg]とします．この場合ボールに加わる重力の大きさは質量×重力加速度で0.5×9.8＝4.9[N]になります．なお力の単位[N]は，ニュートンと読みます．
水平移動	0.0[N]の摩擦力
水平移動	2.0[N]の摩擦力
水平移動	4.0[N]の摩擦力
鉛直移動	4.9[N]の重力

【考察１】下図は摩擦力が0[N]の，摩擦が働かない床の上のボールが，ゆっくり右向きに水平移動しているところです．

摩擦力がないので，ボールを動かす力は0[N]ですが，ボールはゆっくり右に動き続けます．
ボールが動いても力が働いていない場合，ボールに働く｢仕事｣の大きさは0[J]で変化しません．
([J]は仕事の単位でジュールと読みます)
【参考】日常の仕事と物理の仕事の違いについて
日常では物体を移動させると疲れて「仕事をした」と感じますが，
物理では物体を移動しても，物体に力が働かなければ「仕事をしていない」と判断します．

【考察２】下図は摩擦力が2.0[N]の床の上にあるボールに，1.9[N]の力を加えているところです.

2.0[N]の摩擦力に逆らって，ボールを動かそうと1.9[N]の力を加えていますが，ボールは移動しません．
力を加えてもボールが動かない場合，ボールに働く｢仕事｣の大きさは0[J]で変化しません．
【参考】日常の仕事と物理の仕事の違いについて
日常では物体が動かなくても，物体に力を加え続けると疲れて「仕事をした」と感じますが，
物理では物体に力を加えても，物体が移動しなければ「仕事をしていない」と判断します．

【考察３】下図は摩擦力が2.0[N]の床の上にあるボールに，2.0[N]よりほんの少し大きな力を加えているところです．

2.0[N]の摩擦力がに逆らって，ボールを動かそうと2.0[N]よりほんの少し大きな力を加えると，
ボールがゆっくり右向きに動き続けます．
ボールが右に動くにつれて，仕事の大きさが増加しています．
【物理の仕事とは】
物理では，①物体に力を加える　②物体が移動する　の２つの条件が満たされたとき「仕事」をしたといいます．

【考察５】下の図４は摩擦力が2.0[N]の床の上にあるボールに，摩擦力より大きな2.2[N]の力を加えて5.0[m]水平移動させたところです．

図１のように摩擦力に逆らって，摩擦力よりほんの少し大きな2[N]の力を加え，
ボールをゆっくり5[m]動かす仕事の大きさｗは，W＝fx＝2×5＝10[J]でした．
図４のように摩擦力に逆らって，摩擦力より大きな2.2[N]の力を加え，
ボールを5[m]動かす仕事の大きさｗは，W＝fx＝2.2×5＝11[J]です．
比較すると図４の方が，11－10＝1[J]の余分な仕事をしています．
この余分な仕事が，ボールにどんな変化を起こしているか考えて下さい．

【考察６】下図は質量0.5[kg]のボールが，ゆっくり上向きに鉛直移動しているところです．

鉛直移動の場合はボールに摩擦力が働きませんが，0.5×9.8＝4.9[N]の重力が働きます．
重力に逆らって，ボールをゆっくり上向きに動かすには，4.9[N]よりほんの少し大きな力が必要です．
ボールを5mの高さまで鉛直移動させる仕事の大きさｗは，W＝fx＝4.9×5＝24.5[J]と計算します．