English内容をスキップ現在,ふりがな・翻訳表示の調整中です。gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。日常生活では,仕事場で働くこと,荷物を運ぶこと,ものを売ることなどをみな「仕事」といっている。科学で使われる「仕事」という言葉は,それらとは意味が異なり,物体に力を加えてその力の向きに動かしたとき,力は物体に「仕事をした」という。ここからは,物体自体の変化や物体の運動の変化を,「仕事をした・された」という見方・考え方でとらえてみましょう。仕事の大きさ仕事は,力の大きさと,力を加えながら力の向きに動かした距離によって決まり(図1),次のように定義されている。$$式の右辺の単位はニュートンメートル(記号Nm)となるが,この単位をジュール(記号J)におきかえて仕事の単位として使う。$$p.270の例題で,仕事の計算に慣れておきましょう。力の向きに物体を動かした距離を考える。仕事の定義(a)も(b)も,力の向きと物体を動かしている向きが一致していることに気をつけましょう。地球上のすべての物体には重力がはたらいている。物体をある高さまで最小限の力で持ち上げるには,物体にはたらく重力と大きさが等しくて,向きが反対の力を加えればよい。同じ重さの物体でも高い位置に上げるほど,あるいは重い物体ほど,仕事は大きくなる(図2)。2年p.1482年p.158gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。物体を持ち上げる仕事を考える物体を持ち上げるには,重力より大きな力が必要なように思えます。いいえ,もしも,物体に加える上向きの力が重力や摩擦力よりも大きければ,だんだん速くなる運動になってしまいます。一定の速さで持ち上げるために加える力は,加わっている力と同じでよいのです。慣性の法則を思い出しましょう。摩擦のある水平面上で物体を動かすとき,物体には摩擦力がはたらいている。物体をゆっくり一定の速さで動かす仕事をするには,物体にはたらく摩擦力と同じ大きさの力を摩擦力と反対向きに加えればよい(図3)。力が仕事をするのは,「力を加えながら,力の向きに動かした」ときである。それぞれ例をみると,力の向きには物体が動いていないことがわかる。仕事をされた物体は,ほかの物体に仕事ができる状態になることがあります。仕事をされて運動している物体は,ほかの物体に仕事をすることができます。仕事をされて高い位置にある物体は,落ちると他の物体に仕事をすることができますね。仕事をされた物体gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。私たちは,日常で次のような道具を使っている。これらの道具は,仕事で考えると,運動の向きを変えたり,力の大きさを小さくしたりして,私たちにつごうよく仕事を行わせるはたらきがある。●てこ作用点と支点の距離に対して,支点から力点までの距離が長いほど,物体を小さな力で動かすことができる。同じようなしくみの道具として,輪軸などもある。滑車とは,なめらかに回転する円盤に,ロープなどをかけて使うつくりである。「定滑車」,(b)のように2本以上のひもにつるされた「動滑車」がある。一般に水平面上で物体を動かすとき,面と物体の間に摩擦が生じる。車輪を使うと,摩擦力を小さくすることができ,小さい力で物体を動かせるようになる。School)gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.43>定滑車や動滑車は,一見気づかないが,いろいろなところで使われている。これらのはたらきについて,どのように科学的に探究できるだろうか。道具のはたらき気づきクレーンはよく見るけど,あのぶら下がって上下するのは「動滑車」なんですね。「定滑車」と「動滑車」は,はたらきがちがうのかな?おもりにはたらく重力と,おもりを支える力がつり合っていると考えると,動滑車と定滑車では,ひもにかかる力が異なるね。ひもにかかる力の大きさは,おもりにはたらく重力10Nと同じになる。おもりにはたらく重力10Nを上の2本のひもで支えるため,上のひも1本にかかる力は,半分の5Nになる(動滑車の重さが無視できる場合)。定滑車や動滑車を使ったとき,物体を持ち上げるための仕事はどうなるか。定滑車と動滑車は,物体を持ち上げるとき,力の向きがちがうね。それがはたらきのちがいだと思う。「仕事」を考えるときは,「力の大きさ」と「力の向き」に分解して考える必要があるね。図9で,定滑車は天井と一体になっていて動かないので,手で行う仕事にはふくまれません。動滑車は,おもりといっしょに手で持ち上げているので,動滑車の重さは仕事の計算にふくめる必要があります。実験用の滑車を使いましょう。「力の大きさ」をはかるために,ばねばかりがいるね。定滑車と動滑車を,どうやって再現しようかな。探究7-滑車gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。ばねばかり,滑車(2),台車,ひも,ものさし,スタンドまず方法1で,滑車を使ったときに必要な力がどのように変化するか調べましょう。1.滑車を使ったときの力を求める(a)台車と滑車をひもで下げ,このときの力の大きさをはかる。(b)定滑車を使って台車と滑車をひもで下げ,このときの力の大きさをはかる。(c)動滑車を使って台車と滑車をひもで下げ,このときの力の大きさをはかる。(a)は道具なしのとき,(b)は定滑車を使ったとき,(c)は動滑車を使ったときの力の大きさを調べているんだね。条件をそろえるためだね。ばねばかりは,(a)のように引き上げるときも,(b)のように引くときも使うことができます。gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。<3年p.45>2.引き上げるひもの長さをはかる(a)台車と滑車を20cm引き上げるとき,ひもを引いた距離(印が何cm上がったか)をはかる。(b)定滑車を使って台車と滑車を20cm引き上げ,ひもを引いた距離をはかる。(c)動滑車を使って台車を20cm引き上げ,ひもを引いた距離をはかる。仕事の式でいう,「力の向きに動かした距離」がどこになるか気をつけましょう。方法1で,(a)(b)(c)それぞれの力はどうなったか。方法2で,(a)(b)(c)それぞれ引き上げるとき,ひもを引いた距離はどうなったか。方法2で,(a)(b)(c)それぞれの仕事はどうなったか。結果を表にして,定滑車,動滑車には,それぞれどのような特徴があるか,まとめてみましょう。滑車を使ったときと使わないときで,何が変わり,何が変わらないか。gkt-horizontal-line※このウェブページは中学校理科3年の学習内容です。