物理について教えて下さい

質問

大学で物理学（授業の冒頭で入門編レベルと先生から言われました）の授業を受けましたが、もともと高校時代から物理が苦手なもので、頭に全然入らない状態から宿題を出されてしまい困っています。問題を記載させて頂きますので心優しき方からの手ほどきを頂きたくお願いします。
このような頭脳レベルですので、猿でも分かるとは言いすぎですが解き方を分かりやすく説明頂けると大変助かりますｍ（＿ ＿）ｍ。

問題
滑らかな水平面上で静止していた質量4.0ｋｇの物体を水平方向に25Ｎの力で2.0ｍ引いた。物体がされた仕事は何ジュール（Ｊ）か？また物体の速さはいくらになったか？

回答No.1

sk3819 · ベストアンサー

この問題では、力を加える方向と、物体の運動方向は同じになります。
(これは、直感的に理解できると思います。フローリングの床の上にミニカーを置いて、押してみて下さい。押した方向と、ミニカーの進行方向が逆になる事はありません)。

この場合、仕事は、

　物体がされた仕事(J)=物体に与えられた力(単位：N)×与えられた力によって物体が進んだ距離(単位：m)

と定義されます。したがって、物体がされた仕事を求めるには、引いた力と移動距離をかけ合わせるだけでよく、

　仕事(J)=25(N)×2.0(m)
=50(J)

となります。
なお、「滑らかな水平面上」ですから、物体に摩擦力は与えられていません。したがって、摩擦力による仕事を考える必要はありません。また、与えられた力の向きと、物体の進行方向が異なる場合は、角度を考慮する必要があります。

　エネルギーとは、物体が仕事をする能力のことです。1Jのエネルギーを持っている物体Aは、物体A'に対して1Jの仕事をします。逆にいえば、1Jの仕事をされた物体A'は、1Jのエネルギーを持っているといえます。したがって、この問題の物体は50Jのエネルギーを持っています。
エネルギーには運動エネルギーと位置エネルギーがあります。運動する物体はすべて、運動エネルギーを持っています。

　運動エネルギーの定義は、

　　運動エネルギー(J)= 質量（kg）×速度（m/s）×速度(m/s)÷2

です。上記式に、運動エネルギー=50(J)、質量=4.0kgを代入して計算すると、

　　速度(m/s)=5.0(m/s)

となります。

お礼

早速のご回答ありがとうございます！確かに講義でも同じようなことを聞いた記憶はあるのですが、私の頭で咀嚼できずに悶々としておりました。具体的にご説明頂き感謝感激です！今後ともぜひご教授下さい。ありがとうございましたｍ（＿ ＿）ｍ

回答No.2

T-gamma

仕事[J]=力[N]×移動距離[m]

です。
また、エネルギーを考えると
最初の運動エネルギー（静止しているからゼロ）＋与えられた仕事＝最後の運動エネルギー
です。
運動エネルギーは(1/2)ｍｖ＾２ですから、質量と運動エネルギーが分かれば速度も分かるはずですね。

初学者が混乱しがちなポイントを書いておきますと
(1)（多少強引ですが）エネルギーと仕事は基本的に同じ意味。だから、単位も同じJ
であり、足したり引いたりできる。（今回は関係ありませんが力積と運動量も同じ関係）
(2)単位の関係は把握しておいたほうがいいかと思います。（割と適当にやっても数値が合うのですが、知っておいた方がいいですね）
ここで書くようなことでもないのでしょうが
・基本となるのはm,kg,s (電気も入れるならA)
N,Jとかは上記単位を使った際に用いると便利な単位
F=maなので
1N=1kg ×　1m/s^2
=1kg・m/s^2
となり、Nはm,kg,sを組み合わせたものだと分かります。
同様に
仕事＝力×距離なので
1J=1N×1m
=1kg・m/s^2×1m
=1kg・m^2/s^2
となります。（運動エネルギーの単位も同様にするとこの単位と一致することがわかるはずです）

ようするに、今回は4.0とか25とか2.0をそのまま関係式に放り込めば、Ｊやm/sの単位で答えが出ますが、いじわる問題で移動距離がｃｍ 質量がgとかで与えられると、まずmやｋｇに換算する必要があるのでご注意をってことですね。

お礼

おおおおっ！早速のご回答ありがとうございます！講義よりも分かりやすい説明で感謝感激です。また分からないことがあればぜひともご教授下さいｍ（_ _)ｍ