親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

私自身も、中学の時、疑問に思っていたことです。娘にも夕食の時に質問されました。血は争えませんね。
動滑車や坂道を使った場合の仕事の原理は、親子とも理解できています。「道具を使っても、仕事で得することはない。」ですよね。

でも、歩くよりも、自転車を使ったら、楽です。さらに乗用車に乗ったら、もっと楽です。
自転車や乗用車は仕事の原理に当てはまらないのですか。
よろしくお願いします。

A 回答 (4件)

仕事と人間の労力は全く別物です。



自転車での移動では、人間が歩くよりも無駄が少ないため移動にかかるエネルギー量は一般に少なくなります。
これは人間の歩く動作が一部進行を阻害する向きに働くことが大きいでしょう。
上げた足を下ろし地面に触れた瞬間後ろ向きの摩擦を起こしてしまいます。
但し、急坂を登るときなどは自転車の重量が負荷としてかかってくるためむしろ歩いたほうが労力が少なくて済む場合もあります。

自動車での移動では、移動に使うエネルギーは殆ど自動車が消費するガソリンでまかなわれます。このエネルギー量は歩くよりももっと大きなものになるでしょう。


ここで豆知識。
荷物を引き上げるとき、定滑車をひっつだけ使いあげる場合と定滑車と動滑車と使い約半分の力で引き上げる場合、持ち上げる人の疲労は動滑車を使ったほうが少なくて済みます。仕事量は動滑車を持ち上げる分動滑車を使うほうが大きいのですが、人間の体は大きい力を短い時間出すことよりも小さい力を長く出すほうが疲労がたまりにくいため、動滑車を使ったほうが楽に感じます。
また、同じ時間で同じ仕事をする場合でも、大きな力で遅く行うよりも小さな力ですばやく行うほうが疲労の蓄積は少なくなります。
自転車で平地を長距離は知る場合、ギアを少し軽くして早く回したほうが疲労がたまりにくくなります。
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この回答へのお礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

お礼日時:2011/09/03 21:08

乗用車は動力にガソリンエンジンを使っているので、比較になりませんが、


歩くのと自転車とで疲れ方が違うのは、「機械 インピーダンス 整合」の原理によるものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3% …

http://www.emic-net.co.jp/technical/yougo/ka.html

機械インピーダンスが合っていない(整合していない)と、力が無駄に流れてしまい、疲れます。自転車は足の力を無駄なく地面に伝える機械なのです。
「道具を使っても、仕事で得することはない。」のは、静的な(ゆっくりとした)仕事の話で、動きのある仕事では、うまく道具を使えば得をします。
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この回答へのお礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

お礼日時:2011/09/03 21:09

物理(力学)で使う「仕事」という言葉は,日常生活での「仕事」とはやや違う意味のため,


混乱することが多いですね。

自転車の場合は,力学的仕事の原理は当てはまります。
すなわち,「仕事=力×動いた距離 は,自転車によって増えない」ということです。
自転車と言う道具は,直接歩くよりも,
ペダルを踏む力を大きくする代わりに,ペダルを踏む距離が短くなるように作ってあります。
これらの積は,自転車がした仕事,すなわち
(タイヤが地面を蹴る力)×(タイヤが走った距離)
と同じになります。(チェーンや軸受けの摩擦を無視すれば)

自転車を使うと楽と感じるかどうかは,足が出せる力と関係しているので,複雑です。
平坦な道は自転車で走る方が楽ですが,急坂は自転車に乗ったまま登るより,押して歩く方が楽ですよね。


乗用車の場合,ガソリンを燃やして走るので,
狭い意味の仕事の原理は当てはまりません。
すなわち,運転者がハンドルを回したり,ペダルを踏んだ「仕事」で
自動車が走るわけではありません。
(子供が載って足でこぐ人力自動車は仕事の原理が当てはまります)

自動車の場合,
「仕事」=「エネルギー」という考え方で行くと,
ガソリンが持っていた化学エネルギーに対して,
自動車がした仕事を比べなければなりません。

「仕事の原理」というのは,まず力学の範囲として勉強しますが,
最後に「エネルギーは保存される」という法則に行き着きます。

古代生物が太陽エネルギーを溜め込んだ化石燃料を,
掘り出しては贅沢に使わせてもらえる時代が,
あとどれだけ続けられるのやら・・・
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この回答へのお礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

お礼日時:2011/09/03 21:08

自転車や乗用車を作る上での仕事量まで鑑みたら、


おそらく、プラマイゼロに近いと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2011/09/03 21:06

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「力点~支点の距離を変える」事となり
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>> 摩擦で物体側のエネルギが減るのは、摩擦が負の仕事だから、物体は負の仕事をされたから減るのは当たり前。 <<

 です。力学的エネルギの最初の定義は、「力とその方向に移動した距離の積」 ですね。

     物体
     ■移動方向→
     ←摩擦力ベクトルの向き(物体基準)

向きが反対だから掛けるとマイナス。この計算は実際の現象と一致してますね。ところが床の方は、

        物体から受ける力の方向(床基準)
         →
      ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄床

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http://physics.uoregon.edu/~courses/dlivelyb/ph205/syllabus_fig.gif

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http://www.geocities.jp/take_sh2002/jikkenn/easy/koori.htm
http://portal.nifty.com/koneta05/09/10/02/
意外性を追うと切りがないですね。
( 摩擦で何に変わるかの話と、熱力学的エントロピの話(巡り巡って最後はすべて熱平衡へ‥という説話)を混同しないでください。)


>> 熱エネルギになる場合は、摩擦面の原子運動が大きくなり、運動物体からのエネルギの一部が変換したものでしょうか? <<

 ( 化学変化などのエネルギ放出源が無いものとして) その通りです。エネルギ保存則が破れてなければ熱になるエネルギの源は運動物体由来しかありません。ただ、分子や原子の何がどうなるのかの詳細はくどい話が必要ですが、振動になります。個々の原子がブルブル揺れてるようなイメージでお考え下さい。



 余談;
物理学を独学されてるとのこと、頑張ってください。摩擦つながりでこんなQ&Aもあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1822250
学習は、細大漏らさず緻密に後略しようと思わず、ある程度ラフに進んでは戻りを繰り返すのが良いです。細部にこだわって停滞すると熱を失うきっかけにもなりますので。 さらりと過ごしてる所をほじくると実は底無しだったというのが至る所にありますんで、それ全部を埋めつつ進むのは無謀ですから。実際、理系の学生は追われまくって飛び石で進んでまして、骨組みがしっかり落ち着いて肉が付いて来るのは歳を経てからです。これはどの分野でもそうです。モノにするには長く興味を持ち続けること(熟成期間)が必要です。
 
 

 
 
>> 摩擦で物体側のエネルギが減るのは、摩擦が負の仕事だから、物体は負の仕事をされたから減るのは当たり前。 <<

 です。力学的エネルギの最初の定義は、「力とその方向に移動した距離の積」 ですね。

     物体
     ■移動方向→
     ←摩擦力ベクトルの向き(物体基準)

向きが反対だから掛けるとマイナス。この計算は実際の現象と一致してますね。ところが床の方は、

        物体から受ける力の方向(床基準)
         →
      ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄...続きを読む


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