【理科】仕事と仕事率ってなんだろう?

仕事ときくと、大人が会社や店で働くことをイメージすると思いますが、
理科で言う仕事はそれとは違います。

理科の意味からすると、大人・子供に限らず、みなさん普段の生活で何らかの仕事をしています。
それって、どういうことでしょうか。

こんな仕事やその仕事の効率について、説明していきたいと思います!

計算についての例題も載せているので、定期テストの勉強でこの単元に困っている人がいたら、是非最後まで読んでみて下さいね!

目次

仕事について

仕事とは?

仕事とは、「掛けた力に対して、それが動く事」をいいます。あるものを動かすときに、ある一定方向に力をかけ続けて、その物が力をかけた方向に動いたとき、「仕事をした」といいます。

これを式で表すと、
「掛けた力(N)×力の方向に動いた距離(m)=仕事(J)」
となり、ジュール(J)という単位で表します。

地面に接触したものを押すと、押した方向と逆に摩擦力が掛かり、力が釣り合います。
釣り合った状態で力をかけ続ければ物は移動しますが、このとき力の向きと移動の向きが一致しているので、仕事をしていると言うことができます。

たとえば、10Nで10m動かしたとすると、このときの仕事は
10(N)×10(m)=100(J)
となります。
動かした時間に関係なく、動かした距離と力によって仕事は決まるということです。

あと、「力の方向と動いた方向が一致しているかどうか」についてしっかり注意しましょう。
例えば、物を持って、物自体の高さを変えずに歩いたとします。
力が掛かっている方向は上下方向ですが、移動の方向は横方向なので、移動方向と力の掛かる方向が垂直になります。ということは、移動方向と力の方向が一切関係ということなので、仕事はしていない、ということになります。

Point!

仕事は動かした時間に関係なく、動かした距離と力によって決まるものである。

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仕事の計算方法

仕事の計算方法は、力の大きさ×力の掛かる方向に移動した距離で計算できると説明しました。
この方法で早速例題を解いてみましょう。

例1.10Nの力で物を持ち上げ、これを上方向に10cm移動した。この仕事はいくらか?

持ち上げているので、力は上方向に掛かっていることが分かります。(重力に対して支える力が上方向に掛かっています。)これを、上方向に10cm移動させるのですが、力の方向と移動方向が一致しているので、確かに仕事をしていると分かります。

これを計算すると、
10(N)×0.1(m)=1(J)
より、この仕事は1(J)となります。

Point!

仕事を計算するときは、単位をN,m,Jで表すのが基本なので、10cmは0.1mに変換してから計算すること。

例2.10Nの力で物を持ちあげ、これを斜め方向に移動した(上方向に0.5m、横方向に1m)。この仕事はいくらか?

持ち上げているので、力は上方向に掛かっていることが分かります。これを上方向に0.5m、横方向に1m移動しました。さて、どれだけ仕事をしたのか?ということです。
繰り返しになりますが、仕事というのは、力のかかる方向に対してについてのみ考えます。
なので、この場合は横に移動したことは仕事に含まれません。
ということは、上方向の0.5mの移動についてのみ考えればいいです。

これを計算すると、
10(N)×0.5(m)=5(J)
より、この仕事は5(J)となります。

Point!

力の掛かる方向をしっかり考えた上で、仕事はどの方向の移動のことを言っているのかを見極めよう!

Challenge!

斜めの時は、力の掛かる方向を上下と横方向の二つに分けることができる。

仕事率について

仕事率とは?

仕事に関係する言葉に仕事率があります。一言で言うと、仕事の効率です。
仕事率は、
仕事率(W)=仕事(J)÷仕事をした時間(s)
で表すことができます。

Wはワットと呼びます。電子レンジなどでよく見る”500W”なども同じWで示されるもので、移動による仕事ではありませんが、熱を与えるという別の仕事をしていて、その仕事率を表しています。

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仕事率の計算方法

例3.20Jの仕事をするために4sの時間が掛かったとき、仕事率は?

仕事率の考え方より、仕事÷仕事に掛かった時間を考えればよいので、
20(J)÷4(s)=5(W)
となります。

例4.1500Wで温めるために30秒必要な弁当を500Wで温めるとき、何秒必要か?

仕事率と仕事に掛かる時間が分かっているので、まず温めるために必要な仕事を計算します。
仕事÷30(s)=1500(W)
なので、
仕事=1500(W)×30(s)
仕事=45000(J)
となります。さて、これを今度500Wの仕事率でおこなうには、どれくらいの時間が掛かるのか計算してみましょう。

これもまた、公式に当てはめていくと、
45000(J)÷時間=500(W)
より、
時間=45000(J)÷500(W)
時間=90(s)
となります。

趣味:お城巡り

学習アドバイザー 広田

関西大学大学院を卒業後、小6・中3・高3の受験生を主に指導をしてきました。学生の悩み相談を受けているうちに勉強に悩む子を救ってあげたいという気持ちが強まり学習アドバイザーとなりました。勉強に悩む保護者さまやお子さんにお役に立てる記事を配信していければと思います。
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