重力は、物体に対して仕事をすると習いました。
高さhの物体の持つエネルギーをmghとすると、
これを、0mの位置まで持ってくると、mghの仕事を外部に与える
というのはわかります。
それで、物体をhの位置で静止するよう手で支える とします。(力が差引0で釣り合うのはわかります)
手は、エネルギーを流入させると思います(体力を消耗しますから)
一方、重力は、物体に対して仕事mghを与えています。
この場合、
1. 物体の全エネルギー(T+V)は、Vのみ、つまり、mghですか?
2. そもそも、「物体が手に対してしている仕事」と「手が物体に対してしている仕事」は、
和ですか差ですか? (差としたら、↑の1は 0?)
3.もし「物体が手に対してしている仕事」があるなら、何故、手は楽にならないのですか?
No.1
- 回答日時:
仕事というものに対して誤解があるようです。
物体がされた仕事=物体が受ける力(移動方向分力)×移動距離
であって,それ以上でも以下でもありません。
>手は、エネルギーを流入させると思います(体力を消耗しますから)
>一方、重力は、物体に対して仕事mghを与えています。
この場合,物体は動いていませんから,手からされる仕事も重力からされる仕事もゼロです。
持っているだけで体力を消耗する(エネルギーを消費する)ことと,物体に仕事をすることとは直接無関係です。物理でいう仕事は,体力の消耗といった日常用語の仕事に付随する概念とは切り離して理解する必要があります。この場合消耗したエネルギーは筋肉の緊張を維持するためだけに使われ,物体に対して仕事は一切なされていません。
>「物体が手に対してしている仕事」と「手が物体に対してしている仕事」は、和ですか差ですか?
(1)物体が手からされる仕事=物体が手から押される力によってされる仕事
(2)手が物体からされる仕事=手が物体から押される力によってされる仕事
両者の「力」は作用反作用の関係にあります。したがって,つねに逆向きで等しい力です。したがって,2つの仕事の関係は逆符号の仕事となります。(1)が正なら物体は持ち上げられ,したがって手が物体から押される力と手の移動方向は逆向きですから(2)の仕事は絶対値が等しく負になります。(1)は物体にとってエネルギーの収入。(2)は物体にとってエネルギーの支出ですが,支出が負ということは,結果的に収入といえます。(1)(2)はひとつのエネルギーの流れを立場を変えて言い換えたものにすぎません。
仕事という量の定義は上で示したように,単純明快でまぎれのないものです。その点で日常用語の仕事とは全く異なるものですから,仕事をされて楽になるなどという表現はあてはまりません。また,仕事には符号がつきますから,正の仕事,負の仕事について理解を深めて下さい。
回答、ありがとうございます。
>消耗したエネルギーは、、、,物体に対して仕事は一切なされていません。
了解です。
>正の仕事,負の仕事について理解を深めて下さい。
よくわかりました。
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
「仕事」について誤解をされていると感じます。
物体を一定の高さに支えるためにどれだけ力を入れていようと、どんなに手が疲れようと、物体が動かなければ(物理の世界では)仕事はゼロです。1.TとかVが何を意味するのか判らないのですが、高さゼロにある物体と、高さhにある物体(それ以外の状態は全て同じとする)のエネルギーの差は高さhに相当する位置エネルギー、mghであるとはいえます。
2.上記の通り、物体が動いていなければどちらもゼロです。「和ですか差ですか」という意味がよく判りませんが、例えばある速度で直線運動している物体に運動方向と逆向きの力Fを加えたとします。物体が距離L動く間だけこの力を加えていたとすると、このとき物体に対してした仕事はーFLです。負の符号は、物体の運動方向と力の方向が逆だということです。このとき物体のもつエネルギーはFLだけ減少します。もし物体の運動方向と力の方向が同じであれば物体に対してした仕事はFLで、物体のエネルギーはFLだけ増加します。
3.「物体が手に対して仕事をする」ということは、物体が手に対して力を加えた状態でなにがしかの距離移動するということです。この場合手は作用反作用で物体を押し返すことになるので、何もしない状態に比べれば手は疲れることになります。
回答、ありがとうございます。
Tは、運動エネルギー、Vはポテンシャルエネルギーのつもりです。
「和ですか差ですか」というのは、ご説明でよくわかりました。
>なにがしかの距離移動するということです。この場合手は作用反作用で物体を押し返すことになる
移動距離を⊿xとして、その極限を考えればいいのですね。
⊿xの方向を重力の方向とすると、
物体の運動方向と力の方向が同じなので、物体のエネルギーは、mg⊿xだけ増加
一方、手が物体に対してする仕事は、逆方向、でかつ、|mg|=|手の力|
なので、-mg⊿x
したがって、和は0 (仕事をしない)
で、いいでしょうか?
ということは、
高さ0mにある物体を高さhまで、「一定速度で」持ち上げるということは、
物体の運動方向と手の力の方向は同じ
なので、物体のもつエネルギーは mghだけ増加
で、いいでしょうか?
F=ma なので、「一定速度」なら、F・移動距離 の値は0 と思います。
また、わからなくなりました。
要は、基本的なところがわかっていないのです。ごめんなさい。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 物理についてです。 物体にした仕事によるエネルギーの変化がよくわかりません。 物体を手で支えながらゆ 7 2023/07/19 14:26
- 物理学 物理 1 2022/07/31 21:32
- 物理学 よくある、高校物理の問題で「起電力Vの電池に繋がれたコンデンサーに金属板をゆっくり挿入するときの手の 4 2023/07/04 21:47
- 物理学 この問題の2番が分かりません 垂直抗力(非保存力)の仕事は、力学的エネルギーの差で求められるから、 2 2022/05/06 12:59
- 物理学 物理基礎で、力学的エネルギーと動摩擦力のことを習ったのですが、 あらい斜面の下から物体を滑り上がらせ 2 2022/09/11 10:12
- 物理学 万有引力と重力の位置エネルギーについて 例えば、地球の表面から真上に質量mの球を初速v₀で投げた時の 7 2022/04/18 23:15
- 物理学 物理力学の問題を教えてください 2 2022/07/21 15:18
- 物理学 物理の熱力学の第一法則の問題です。 なめらかに動く軽いピストンがついたシリンダー内に気体が閉じ込めら 1 2023/06/20 19:45
- 物理学 理科の質問です。「物体がもつ力学的エネルギーの増減は、その物体がした仕事ではかれる」 この意味が全く 2 2023/01/30 20:20
- 物理学 なめらかな水平面の床の上に、質量 200 g の物体がある。床の面を xy 面とし、鉛直方向に z 1 2022/07/23 11:28
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
おすすめ情報