物理の仕事が理解できない

質問

仕事は力＊距離と習ったのですが、
どうもしっくりきません。
動く距離は動かす物体の重さも関与すると思うのですが・・・

回答No.7

noname#104477

感覚的に理解したい旨分かりました。
では次のように考えてください、つまり貴方が目をつぶって物体を押したとします。摩擦係数の関係でどちらも５キログラムの力で押したと考えましょう。
このときに１０キログラムの物体と２０キログラムの物体とを比べてみても違いは分からないでしょう？

機械で測定しても判別不能ですね、ならこの二つには差が無いと言う事です。
差が無いと言うことはまったく同じ事をしたと言う事です。

ポイントとして相手の重さなどの予備知識が無ければすんなり納得できると思います。

回答No.6

tetsumyi

>重い物体を時間をかけてゆっくり１０ｍ動かすのと軽い物体を１０ｍ動かすのが同じ仕事とは思えない

仕事をした結果を見ればわかります。
重い方はその後ゆっくり動いて行きます。
軽い方は速いスピードで動いて行きます。
仕事は運動エネルギーとなって押したものに移っていて
これが何かに衝突すると同じ衝撃を与えます。

お礼

みなさんありがとうございます。
力を加える側でなく、移動する側の支店で考えて見ます。

回答No.5

ht1914

仕事はエネルギーを定義するときに用いますので重要な考え方です。仕事によってエネルギーが移り変わるのです。「エネルギー」はもともと日常では使われていない言葉でしたから物理で定義した意味が主になります。でも「仕事」という言葉は物理で使うより前からある言葉です。当然使われている意味の範囲も広いです。

日常使われている言葉を自然科学の中で使う場合は意味を限定しています。でもその時に定義だけ持ち出して「物理では～と言う」とするだけでは日常的な判断、常識的な判断が出来なくなります。よく答案に書かれた結果について「そんなこと起こるはず無いだろう」とか「あり得ない数字だ、常識で考えてわかるだろう」とかのコメントを出します。でも「物理は日常常識の当てはまらない分野だ」という印象しか持っていない生徒としてはそういうことを言われても困るわけです。「計算したら出ました」という返事しか戻ってこないことになります。

日常的な意味との違いと同時に日常的な意味との関係にも触れておかないと困ったことになります。

物体をゆっくり移動させるか、速く移動させるかでしんどさが違います。しんどさが違うということは疲れ方が違うといってもいいでしょう。だからした仕事は違うと思います。普通の人は皆そう思います。でも物体に起こった変化は同じです。この食い違いを何とか解消していない限り物理はわかるようにならないのではないでしょうか。

した仕事とされた仕事とが違うのです。ではどちらで仕事の量を量ればいいのでしょうか。複雑なシステムである人間の方がエネルギーの流れの道筋は多いです。じっと立っているだけでもエネルギーを使うわけですから使ったエネルギーの中でどれだけを物体の移動に使ったかがわかりません。だから仕事は構造の簡単な「物体に起こった変化の方で考えよう」ということに決めるわけです。ふつうの仕事の定義の中ではこの説明が抜けています。した仕事とされた仕事が一致していないのにどちらに対しても同じ言葉を使っています。言葉の使い方に慣れている人であれば混乱はないと思いますが習ったばかりの時は混乱します。（教科書はぺ－ジ数や図版の数に制限があります。だから読む教科書にはなっていません。項目と要点を列挙したものになっています。こういう事は先生が補足しなければいけない内容でしょう。）

力学の問題の中で、「物体のされた仕事」、「人のした仕事」という言葉が出てきます。でもこの時の「人のした仕事」は「そう言う動作の中で人が消費したエネルギー」ではなく「物体がされた仕事に等しい仕事」という読み替えが入ったものです。力学的な仕事に限定するというのと同じ意味になります。人はその仕事以外にたくさんエネルギーを使っています。

梃子とか滑車でも同じですね。同じ物体の位置の変化でもやり方によって楽になったりしんどくなったりします。人は絶えず体の中でエネルギーを補充しながら行動しています。供給の限度を超えた大きな力は出せません。ここで「同じ変化なのに」という基準になるものを考えています。これが「物体に起こった変化で考える」ということなんです。仕事もそれで定義します。だから人がする仕事の能率もわかることになります。

「仕事＝力×距離」という表現自体、梃子とか滑車での仕事の原理を踏まえています。教科書では「仕事の表現」の後で「仕事の原理」が出てきます。「同じ変化なのに」という基準が成り立つはずだということからすると「仕事の原理」の方が先です。「仕事の表現は仕事の原理を満たさなければいけない」のです。この様に順番が逆転していることも「仕事」の意味をわかりにくくしているしている原因でしょう。

「人のする仕事」というのはここで書いたことよりももっと複雑ですね。外界に起こった変化だけでなくその質が問題になることが多いです。小説の価値は原稿用紙の上の字の数だけでは決まりません。「ちょっと番をしてて」と頼まれたときはただじっと座っているよりもしんどいです。こういう行動の場合は仕事をどの様に評価するのでしょうか。これはまた別の課題です。

回答No.4

N64

私も最初は理解できませんでした。
そして、もっとよく考えてみると、私は、力とは何か、とか、作用、反作用とは何か、加速度とはなにか、と言うことも、まったく理解していないことに気がつきました。それから、しばらくは、そのことで、頭がいっぱいだったときがありました。重い箱を手で押して動かして見たり、壁を手で押して見たり、ものを投げてみたり、体で理解できるようになるのは、大変でした。

回答No.3

noname#104477

他の方が仰っている通りなのです。
でも『感覚として理解できない』という考えは物理的な意味を理解する上でとても大切だと思います。

物理＝単なる計算問題
と思っている人が多い中とても頼もしく感じますね。

＞同じ力でも重い物体を時間をかけてゆっくり１０ｍ動かすのと軽い物体を１０ｍ動かすのが同じ仕事とは思えないのですが・・・

お気持ちはとてもよく分かります。

レール上の１トンの物体を100kgの力を維持して10ｍ動かした場合と道路上の100kgの物体を100kgの力を維持して10ｍ動かした場合は違うのではないか？と言う疑問でしょう。
でも目をつむって前提条件が全くわからない状態では力と動いた距離はどちらも同じ、それ以外の差は何も無い事に気が付きませんか？

例えば貴方が10kgの物体を100ｍの高さに10分で持ち上げたとしてそれの持っている位置エネルギーは10kg×100ｍで表されます。
又同じ物体を滑車を使って1/10の力で1時間で持ち上げたとしても同じ。

更に1分で持ち上げたとしても後日他人が見れば全く同じ。10kg×100ｍですね、何の差もありません。つまり客観性の問題ですね。短時間で行なったと言うのは他の方も仰っていますが『仕事率』の問題ですね。

過程を考えると話しがややこしくなりますがそれでは物理学は成り立ちません。別の学問の範疇です。
物理では誰がいつどのような方法で計算しても条件が同じなら同一の結果が出る。そのような考え方の学問です。

回答No.2

Ichitsubo

>同じ力でも重い物体を時間をかけてゆっくり１０ｍ動かすのと軽い物体を１０ｍ動かすのが同じ仕事とは思えない

同じ仕事です。

お考えの物理量は「仕事率」と呼ばれる物です。
単位時間あたりに行った仕事の量で、
仕事率＝仕事÷時間
で求められます。

回答No.1

pepepepepe

重さは力に含まれています。
力FはF=maですから。

補足

早速のご回答ありがとうございます。
でも同じ力でも重い物体を時間をかけてゆっくり１０ｍ動かすのと軽い物体を１０ｍ動かすのが同じ仕事とは思えないのですが・・・