物理学では、仕事の概念が日常の概念とは大きく異なることを私たちは知っています。私たちの日常生活では、仕事は、皿洗い、草刈り、浴室の掃除など、何らかのサービスを実行したり、何らかの作業を実行したりする能力に関連しています。
物理学では、力が加えられていない場合、または物体が変位を受けていない場合、仕事は行われていません。物理学では、仕事の目的がエネルギーを測定することであるため、仕事にはこの特性があります。したがって、仕事は物体のエネルギーを測定する量であり、物体にエネルギーがある場合、仕事を行うことができると結論付けることができます。
上図で物体が固定面上を滑る様子を見てみましょう。図には、法線力 F N が変位に対して垂直である直線セクションを示すいくつかのマークがあります。これらのセクションでは、垂直力と変位方向との間に形成される角度が θ = 90°であるため、垂直力によって行われる仕事はゼロであると言えます。仕事方程式は次のとおりです。
τ=Fdcos?θ? τ=Fdcos?90
cos 90° = 0 なので、次のようになります。
τ=Fd0? τ=0
しかし、湾曲した部分にかかる垂直抗力はどうなるでしょうか?
そうですね、湾曲部分の垂直抗力の仕事を決定するには、それを小さな部分に分割し、湾曲部分の各小さな部分の仕事を個別に計算する必要があります。
湾曲したセクションを小さな部分に分割すると、それぞれの部分の垂直抗力は物体の変位に対して垂直になることがわかります。したがって、これらの部分のそれぞれでは、垂直抗力の仕事もゼロになります。
したがって、固定面に接触して滑動する物体に垂直抗力が及ぼす仕事はゼロであると結論付けることができます。ただし、この結果は固定接触面にのみ適用されることに留意することが重要です。接触面が可動性である場合、垂直抗力の働きはゼロとは異なる場合があります。
エレベーター内の状況では、垂直抗力の仕事はゼロではありません。たとえば、上向きに移動するエレベーターの中に人がいる場合、垂直力がその人に作用するため、仕事は次の式で求められます。
τ FN =F N 。 d
ここで、d はエレベータの上向きの変位です。
この主題に関連するビデオ レッスンをぜひご覧ください。