物理学における力学的仕事とは何か、その特徴と計算式について説明します。また、存在する種類と例。
機械仕事とは？
の 物理的、より具体的には ブランチ の 力学、機械的な仕事を意味します（または単に 働いた) のアクションに 力 安静時の体に 動き、を生成するように 変位 に比例する体内で エネルギー それを動かす力に投資しました。言い換えれば、機械的仕事は、物体に作用する力によって物体に伝達されるエネルギーの量です。
機械作業は マグニチュード 通常は 国際システム (SI) からジュールまたはジュール (J) まで、文字 W で表されます (英語の 仕事、「働いた」）。さらに、力がエネルギーをオブジェクトに転送するか (正の仕事)、それを差し引くか (負の仕事) に応じて、正または負の仕事についてよく話します。したがって、たとえば、ボールを投げる人は誰でもポジティブな仕事をしますが、ボールをキャッチする人は誰でもネガティブな仕事をします。
機械仕事の特徴
機械作業の特徴は次のとおりです。
- これはスカラーの大きさであり、ジュール (つまり、1 平方メートルあたりのキログラムを秒の 2 乗で割った値) で測定され、文字 W で表されます。
- それはそれを引き起こす力に直接依存するため、物体に機械的な仕事が存在するためには、定義された経路に沿って機械的な力が物体に加えられなければなりません。
- 現在の言語では、「仕事」という用語は、パフォーマンスがエネルギー量を消費する機械的活動を定義するために使用されます。
- の転移 熱 (カロリーエネルギー）は、エネルギーの移動で構成されていますが、仕事の形態とは見なされません。
機械仕事の公式
力によって動かされる物体の仕事を計算する最も簡単な式は、通常次のとおりです。
W = F×d
ここで、W は行われた仕事、F は物体に作用する力、D は物体が受ける変位の距離です。
ただし、通常、力と距離はベクトルの大きさと見なされるため、空間内で特定の向きが必要になります。したがって、上記の式は、次のように、そのような方向性を含むように再定式化できます。
W = F×d×cos𝛂
ここで、アルファのコサイン (cos𝛂) は、力が加えられる方向と、結果としてオブジェクトが移動する方向との間の角度を決定します。
機械作業の種類
機械的仕事は、移動する物体のエネルギー レベルを加算するか、減算するか、維持するかによって、3 つのタイプに分けられます。したがって、次のことについて話すことができます。
- 正の仕事 (W > 0)。これは、力が問題の物体にエネルギーを与えるときに発生し、力が加えられたのと同じ方向に変位が生じます。たとえば、クラブでボールを打って数メートル飛ばすゴルフ選手や、動いているボールを打って軌道を変える野球選手などがその例です。
- ゼロ作業 (W = 0)。プロセスでエネルギーを消費しているにもかかわらず、加えられた力がオブジェクトに変位を生じさせない場合に発生します。この例としては、非常に重い家具を 1 インチも動かさずに押す人が挙げられます。
- 負の仕事 (W < 0)。加えられた力が問題のオブジェクトからエネルギーを引き、オブジェクトがすでにもたらした動きに抵抗するか、その変位を減らすときに発生します。この例としては、野球選手が別の選手が投げたボールをキャッチし、自分の軌道を続けることができない場合があります。または、丘から落下する物体の前に立ち、完全に止めることはできませんが、なんとか落下を遅らせることができた人。
機械作業例
機械作業の例としては、次のようなものがあります。
- サッカーの試合で、レフリーがペナルティを科し、リオネル・メッシがボールをゴールに向かって 500N の力で蹴ると、ボールは地面に触れずに約 15 メートル移動します。そのゴールを決めるのにどれだけの労力を費やしましたか?
答え: 式 W = F x d を適用すると、メッシは 500N x 15m の仕事、つまり 7500 J に相当する仕事をしたことがわかります。
- 線路にはまっている車に向かって、全速力で南下する列車。危険に気づいたスーパーヒーローは、機関車の前に立ってその進行を止めることにしました。列車が 20,000 N の力をもたらし、スーパーヒーローが無敵であり、機関車が閉じ込められた車から 700 メートル離れていることを考えると、スーパーヒーローはそれを止めるためにどれだけの仕事をしなければなりませんか?
答え: 機関車にブレーキをかけるには反対方向に少なくとも 20,000 N が必要であり、スーパーヒーローは機関車と閉じ込められた車の間に少なくとも 2 メートルのマージンを残したいので、20,000 N x に等しい仕事を適用しなければならないことがわかります。 698 m、つまり 13,960,000 J の負の仕事です。