- まずはザックリ理解したい
- イメージを優先したい
- 苦手を克服したい
このような方向けに解説をしていきます。
【今回わかること】
- 物理における仕事とはなにか
- 仕事の符号の決め方
- 物理目線で「仕事をするゲーム」と「仕事をしないゲーム」
仕事とはエネルギーを変化させるもの
物体に力を加えることで力学的エネルギーが増えたり減ったりした場合、「その力は仕事をした」と言います。
野球を例に考えてみましょう。
仕事は『力×力の方向に移動した距離』
仕事とは、力が物体に与えた影響を測るためのものです。
台車を押す力を例にして、仕事の求め方をイメージしてみましょう。
仕事は「正」「負」「0」の3パターン
動きを手伝うなら『正の仕事』
物体が動いている向きに力を加えたとき、動きを手伝うことになります。
これを『正の仕事をした』と呼びます。
掃除機をかけているときをイメージしてみましょう。
掃除機を前に押せば前に動き、うしろに引けばうしろに動きます。
つまり、掃除機に加える力が掃除機の動きを手伝っているということです。
動きを邪魔するなら『負の仕事』
物体が動いている向きと逆向きに力を加えたとき、動きを邪魔することになります。
これを『負の仕事をした』と呼びます。
車がブレーキをかけたところをイメージしてみましょう。
車が前進していたときにブレーキをかけると、地面との間に摩擦力が働きます。
この摩擦力は、車の動きを止めようとする向き、つまり進もうとしていた向きと逆向きに働きます。
よって、摩擦力が車の動きを邪魔しているということです。
動きに影響がなければ『仕事は0』
物体に力を加えたとき、その物体の動きに何の影響もなければ『力のした仕事は0』と呼びます。
壁を叩いたところをイメージしてみましょう。
壁を叩くということは、壁に力を加えることになります。
しかし、壁に力を加えたところで壁はピクリとも動きません。
つまり、「力の方向に移動した距離が0」ということです。
力を加えたとしても、その方向に物体が動かなければ仕事をしてないのと同じということになります。
コントローラーを使うゲームは正の仕事をする
PSやSwitchなどのコントローラーを使うゲームは、正の仕事を繰り返します。
- 力を加えてボタンを押し込む
- 力を加えてスティックを倒す
どちらも力の向きに物体を動かしているので『正の仕事』をしていることになります。
PCゲームも、マウスとキーボーに力を加えて動かすことで操作しているので、力学的には仕事をしています。
ただしスマホゲームの場合、スマホのタッチパネルを指で押しても、タッチパネル自体が動くわけではありません(わずかに凹んでいたとしても、ごくわずかなので動いていないとします)。
つまり、物体を動かしているわけではないので、スマホゲームは力学的には仕事は0ということになります。
まとめ
- 力を加えて力の方向に動けば仕事をしていることになる
- 仕事には「正」「負」「0」の3パターンが存在する
- スティックやボタンを実際に動かしているゲームは仕事をすることになる
仕事の問題演習にチャレンジしたい方はこちらからどうぞ！