使う」というのは人間特有の行為ですが,道具を使うのはもちろん,「使ったほうが便利だから」です。前回仕事について学びましたが,道具を使って仕事をすると具体的にどう便利になるのかを物理的に考察しましょう。てこはどこを押す?「仕事」で考えるとどこも同じ?仕事の効率てこの問題ふたたび今回のまとめノート次回予告てこはどこを押す?道具といっても,機械のような仕組みが複雑なものでなく,わかりやすいように原始的な道具で考えていきます。今の時代,滑車なんて使わないので,かえって分かりにくい気がします(^_^;)そこで,ここでは「てこ」を例にして話をしたいと思います。小学校でもやっているので,イメージしやすいかと思います。てこを使って物体を持ち上げようと思います。下図の1〜3から選んでください!選びましたか?おそらく,1を選んだ人が多いんじゃないでしょうか?1を選んだ理由は何でしょう?「支点から遠いほうが小さい力で済むから」ですよね♪なつかしい「てこの原理」です。デメリットはないのか?」ということです!!てこを一番下まで押した状態と最初の状態と照らし合わせると,この図を見れば一目瞭然です。てこを見ると条件反射で1を選ぶ人が多いですが,1は加える力は小さくて済むけれど,その分長い距離を押す必要があります。3は大きい力が必要ですが,短い距離で済みます。2は力も距離もその中間です。小学校の理科では,力に注目するので,1を選ぶのが正しい!みたいな風潮がありますが,距離というデメリットがあるとなると,本当に1を持って押すのがいいのかどうか微妙になってきます。「仕事」で考えるとどこも同じ?てこは押す「力」だけでなく,押す「距離」も大事,ということがわかりました。「力」と「距離」の話なので,ここで仕事の出番です!押す側にとっては一番ラクなのは,仕事を計算してみて,一番仕事量が小さいところを押すことです。短い距離となって,どれが一番小さいのかよくわかりません。結論を言うと,実は,1も2も3もすべて同じ値になります!道具を使って仕事をするとき,加える力が少ないと,その分動かす距離が大きくなる。結果,道具を使わないときと仕事の量は変わらない。これを「仕事の原理」と言います。これはてこ以外の,どんな道具に対しても成り立ちます。最初に挙げた動滑車もそうです。日常生活で「仕事ができる人」といったら,それはきっと「仕事をこなすのが速い人」を指すのだと思います。同じ仕事量なら,速くこなしたほうが「効率がいい」ですよね!この概念を,物理における「仕事」にも適用します。30秒で600Jの仕事をするのと,20秒で200Jの仕事をするのとでは,どちらが効率がいいか比べてみましょう。基準がないと比べられないので,時間を基準に考えます。(1sあたり)20J。(1sあたり)10J。これでどちらがより効率がいいか一目瞭然です!いま求めたような,1秒間あたりの仕事を「仕事率」といい,単位はW(ワット)で表します。と10Wということです。仕事率が大きいほうが効率がいいといえます。余談ですが,昔は仕事率を「馬何頭分か」で表していました。いわゆる「馬力」というやつです。そこから由来して,仕事率は英語ではpowerと訳されます。力ではないことに注意してください。)てこの問題ふたたび仕事率の概念をゲットしたところで,最初の問題に戻りましょう。「てこのどこを押すか」問題です。仕事の原理により,どこを押しても仕事の量は変わらないことが分かりました。!!道具によって,仕事の量は変わらなくても,仕事率は変わります!いくら加える力が小さいとはいえ,動かす距離が大きければ,そのぶん仕事を終えるのに時間がかかってしまいます。可能なら動かす距離はなるべく小さいほうがいい。,「自分が無理なく押せる範囲で,もっとも支点に近いところ」を押せば仕事率が最も大きくなり,これが賢いてこの使い方といえるでしょう!小学生のように,とにかく端っこを押せばいい!という短絡的な発想からは卒業しましょうね!今回のまとめノート最後の式変形の部分は,教科書に書いてあるので一応書きましたが,あまり気にしなくて大丈夫です。次回は,力の話に一度戻ります。はてなブログPro「物理は分かる人だけ分かればいい」なんて時代遅れ。みんなが分かる解説を目指していきます!高校生だけでなく,物理に興味がある中学生,学び直したい社会人の方にも読んでもらいたいです。Reserved.スターをつけました引用をストックしましたストック一覧を見る閉じる引用するにはまずログインしてくださいログイン閉じる引用をストックできませんでした。再度お試しください閉じる限定公開記事のため引用できません。