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【イメージ重視の物理基礎】仕事ってなに?物理的にもゲームは立派な仕事!

この記事では

  • 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

というひと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
  • 物理的に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」と呼びます。

野球を例に考えてみましょう。

ボールを投げるときは、運動エネルギーが増えるので「投げるときに手がボールを押す力が仕事をした」ということになります。

スライディングをするときは、走っていたときに持っていた運動エネルギーが減っていくので「地面との間に働く摩擦力が仕事をした」ということになります。
まこと
仕事をしたかどうかは力学的エネルギーに注目するとわかる!

 

仕事は『力×力の方向に移動した距離』

仕事とは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、仕事の求め方の式をイメージしてみましょう。

台車を押す力が同じであれば、押す距離が短いときよりも、押す距離が長いときの方が台車の速さはアップします。

押す距離が増えれば台車への影響も大きくなる、つまり仕事は大きくなるということです。

台車を同じ距離だけ押すのであれば、弱い力で押すよりも、強い力で押した方が台車の速さはアップします。

加える力が大きければ台車への影響も大きくなる、つまり仕事は大きくなるということです。

まこと
力と距離をかけることで仕事を求めることができる!

 

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。

掃除機をかけるときは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。

まこと
『力が働く向き』と『動く向き』が同じときは正の仕事!

 

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。

まこと
『力が働く向き』と『動く向き』が逆向きのときは負の仕事!

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。

壁を叩けば、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。

まこと
力の向きに動かなければ仕事は0!

 

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、スマホゲームは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。

まこと
力を加えて動かしていれば仕事をしていることになる!

 

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

 

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