理科について

自由落下は仕事をしているのですか？

No.12 ベストアンサー 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2013/07/11 20:32

No2　と　No4です。

まだ続いている様ですので再参加します。

地球上の自由落下において物体は　一定の重力加速度を受けながらその速度を増していきます。
この変化は重力（もしくは引力）　によるものと思いますし、この物体が　速度の変化を伴って　ある点から別の点へ移ることを　仕事をしていないとは　いえないと思います。

これは自分の思い込みも有るかもしれませんが　動いていないものでさえも　そこに　存在するだけで　仕事をしていると思っているのに　まして　変化を伴って動いているものが　仕事をしていないというには　かなり難しいです。

但し、このことを　質問者様に　判定してもらうにはそれもかなり酷だという感も否めません。全ての回答が正しいとも言えるし全てが間違っているかもしれん。　質問の内容にに関しても　疑問を　持つことは良いことで　自分の意に介した　回答を選んで　後々に　あれは違っていたね。。　でもいいと思います。　その様な過程が　理科の発展の基礎になると思うし、どんな疑問もどんどん出してもらっていいと思います。　定説が覆されたという歴史もあるようです。

自分のこの件に関する回答は
自由落下の名の下に一定の重力加速度を受けながらその　速度の変化を伴って落下　しているもの　は仕事をしている。　　です。


ここで気持ちを入れ替えて　多くの方は既に　ご存知と思いますが、6月に起きた大きな落下（未遂）のニュースを下記のURLに示します。

http://matome.naver.jp/odai/2137005314503824001

No.11 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/07/09 12:35

ちょっと修正

>座標系を、最初に決めた重心を基準にした座標系からボールから地球に向かって
>10 m/s で移動する慣性座標系では、1秒後、

座標系を、最初に決めた重心を基準にした座標系に対して、ボールから地球方向に
10 m/s で移動する慣性座標系に換えると、1秒後、

No.10 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/07/09 12:28

おおまだ続いている。

仕事しないという意見が多いですね。

A NO.8 の表現を少し詳しく変えてみます。

例1)
例えば、宇宙で同じ大きさ/重さの天体が2個、近くに静止しているとします。
天体は重力を持っているので互いに引き合い、互いに自由落下します。

このとき2個の天体は互いに引き合うので、互いに相手を加速し、
互いに運動エネルギー(仕事)を与えあいます。

例2)
地球とボールが地球とボールの重心に対して静止している座標に最初は静止している
としましょう。ボールは地球表面よりちょっと上に位置し 1 kg とします。
ボールと地球は自由落下するとします。
＃ややこしくなるので地球の自転はないものとします。

ボールが6m落下すると、地球は 10^(-24) m 「落下」するので、
ボールと地球との重力は 9.8 N なので　地球はおよそ 9.8 x 10^(-24) J の
エネルギーをボールから受け取ります。まあ 0 とみてよいでしょう。

座標系を、最初に決めた重心を基準にした座標系からボールから地球に向かって
10 m/s で移動する慣性座標系では、1秒後、
地球は 10.0 m 進みます。ボールと地球との重力は　9,8N なので、
仕事は力 x 距離ですから　9.8 N x 10 = 98 J の仕事を受け取ります。

このように、ボールが地球に及ぼす重力がなす仕事は、座標系の選び方により
大きく変わります。通常思い浮かべるのは例2の最初の座標系なんでしょうけど
それだけ考えていたのでは物理として十分ではありません。

No.9 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/07/08 19:47

No.3です。

　物理を学んでいても、この仕事については誤解している人がたくさんいます。
　Wikiにも書かれていますが、飛んでくる球をグローブで受けても仕事をしたことにはならない。確かにエネルギー収支で見たら熱エネルギーに変換されているのですがね。
　自由落下とは、仕事をせずに運動している状態を言い換えたに過ぎません。
【引用】＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ここから
野球の捕手が受け取るボールを考える。この時、捕手のミットが全く動かず、ボールは一瞬で静止するとしよう。・・・【中略】・・・この種のエネルギーの移動は、ボールがミットにした仕事とは呼ばない。
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ここまで［仕事 (物理学) - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%95%E4%BA%8B_ … )］より

　誰でも間違えるところなので仕方ないとはいえ・・・

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/07/08 19:10

重力は互いに及ぼしあうものなので、及ぼされるものが

運動していれば重力は仕事をします。

例えば、宇宙で同じ大きさの天体を近くに置けば重力で近寄ってゆき
やがて衝突します。これも立派な「自由落下」ですが、双方が互いに
相手を加速し運動エネルギーを与えます。

No.7 回答者： CC_T 回答日時： 2013/07/07 19:24

空気中で自由落下しているならば、空気に対して仕事をしますね。

エアロブレーキですな。
真空中であれば、位置エネルギーは全て速度に変換され、ほかに対して仕事はしていない状態。
エネルギー収支で考えてみてはどうでしょう。

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/07/07 15:15

物理ではエネルギーの収支は座標系のとり方により簡単に

変わってしまいます。なのでこの質問はあまり意味がありません。

例えば銀河中心が静止している座標系を使えば、地球と物体が秒速数百キロで
宇宙を飛んでいることになるので、地球と物体は重力を介して
莫大な量のエネルギーを交換していることになります。

物体と地球の共重心が静止している座標系では
地球は物体にエネルギーを与えますが、物体は地球に比べて
ほんのわずかしか地球に仕事をしません。

以上です。

No.5 回答者： princelilac 回答日時： 2013/07/07 10:47

落下中は仕事をしません。

何かに当たったりして、それが動いたり変形したりすれば仕事をしたことになります。

No.4 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2013/07/07 07:43

No2です。

　自由落下というものを見たとき、物体が地球に向かって落ちているという観点のほかに　地球が　物体に向かって落ちているという相対的なものがあります。

月は地球に向かって落ちている　→　地球は　月に対して落ちている　
大きい方が小さいものに影響を与えているように見えますが　お互いに　影響をしあっているのですね。

これは笑い話かもしれませんが　自分が転んで　頭を地面に打ち付けしまった人が　負け惜しみ？　で　地球が　僕の頭に　ものすごい勢いで　ぶつかってきて　こぶが出来てしまったよ。　というのを思い出しました。（これは人は地面に立っている状態からなので完全に冗談ですが。。。）

No.3 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/07/06 22:55

自由落下は仕事なんてしません。

・・本当に基礎的な部分なので間違わないように・・(^^)

仕事をしないから自由落下なのですよ。

例えば、滑車の一方のロープに荷物をつけて、他方の荷物を上げればこれは仕事をしますが、落ちるほうは自由落下ではありません。
　仕事と言うのは、自身以外にエネルギーを移動させることを言いますから、自身が自由落下する場合はなんら仕事をしていないことになります。自身に対する仕事と言うのは定義から矛盾しています。
【引用】＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ここから
仕事は正負を持つスカラー量であり、仕事を通じて物体 A から物体 B にエネルギーが移動した時、物体 A が物体 B に「仕事をする」、または物体 B が物体 A から「仕事をされた」、と表現する。
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ここまで［仕事 (物理学) - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%95%E4%BA%8B_ … )］より