仕事(しごと)と仕事率(しごとりつ)

物体(ぶったい)に力(ちから)を加(くわ)えて、その力(ちから)の向(む)きに物体(ぶったい)を動(うご)かしたとき、力(ちから)は物体(ぶったい)に仕事(しごと)をしたという。仕事(しごと)の大(おお)きさは、仕事(しごと)〔J〕＝力(ちから)の大(おお)きさ〔N〕×力(ちから)の向(む)きに動(うご)いた距離(きょり)〔m〕で求(もと)める。

1Nの力(ちから)で物体(ぶったい)を力(ちから)の向(む)きに1m動(うご)かしたときの仕事(しごと)が1J（ジュール）。力(ちから)を加(くわ)えても物体(ぶったい)が動(うご)かなければ、仕事(しごと)は0J。

一定(いってい)の時間(じかん)にする仕事(しごと)の量(りょう)を仕事率(しごとりつ)といい、仕事率(しごとりつ)〔W〕＝仕事(しごと)〔J〕÷仕事(しごと)にかかった時間(じかん)〔s〕で求(もと)める。1秒間(びょうかん)に1Jの仕事(しごと)をするときの仕事率(しごとりつ)が1W（ワット）。

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例題(れいだい)1：質量(しつりょう)600gの物体(ぶったい)を、ゆっくりと1.5mの高(たか)さまで持(も)ち上(あ)げた。仕事(しごと)は何(なん)Jか。100gの物体(ぶったい)にはたらく重力(じゅうりょく)を1Nとすると、持(も)ち上(あ)げる力(ちから)は重力(じゅうりょく)と同(おな)じ6Nなので、6×1.5＝9J。

例題(れいだい)2：この仕事(しごと)に3秒(びょう)かかった。仕事率(しごとりつ)は何(なん)Wか。9÷3＝3W。

例題(れいだい)3：動(どう)滑車(かっしゃ)を使(つか)って、同(おな)じ物体(ぶったい)を1.5m持(も)ち上(あ)げる（動(どう)滑車(かっしゃ)の重(おも)さと摩擦(まさつ)は考(かんが)えない）。ひもを引(ひ)く力(ちから)は6÷2＝3Nになるが、ひもを引(ひ)く長(なが)さは1.5×2＝3mになり、仕事(しごと)は3×3＝9Jで変(か)わらない。

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物体(ぶったい)をゆっくり持(も)ち上(あ)げるときに必要(ひつよう)な力(ちから)は、物体(ぶったい)にはたらく重力(じゅうりょく)と同(おな)じ大(おお)きさ。重(おも)い物体(ぶったい)ほど、また高(たか)く持(も)ち上(あ)げるほど大変(たいへん)なので、仕事(しごと)は「力(ちから)×距離(きょり)」で表(あらわ)す。

物体(ぶったい)を持(も)ったまま水平(すいへい)な床(ゆか)の上(うえ)を歩(ある)いても、物体(ぶったい)を支(ささ)える力(ちから)は上向(うわむ)きで、物体(ぶったい)が動(うご)く向(む)きは横向(よこむ)きなので、力(ちから)の向(む)きには動(うご)いていない。そのため、この場合(ばあい)に支(ささ)える力(ちから)がした仕事(しごと)は0Jと考(かんが)える。

動(どう)滑車(かっしゃ)やてこを使(つか)うと力(ちから)は小(ちい)さくてすむが、その分(ぶん)だけ動(うご)かす距離(きょり)が長(なが)くなる。道具(どうぐ)の重(おも)さや摩擦(まさつ)を考(かんが)えなければ、道具(どうぐ)を使(つか)っても使(つか)わなくても仕事(しごと)の大(おお)きさは同(おな)じになる。これを仕事(しごと)の原理(げんり)という。