機械作業 – 概念、特性、公式、例

機械作業: 物理学における機械的仕事とは何か、その特徴と計算式について説明します。また、どのような種類が存在するか、例を挙げます。

機械作業とは何ですか?

物理学、特に力学の分野では、機械的仕事(または単に仕事)は、静止または運動している物体に力が作用し、物体に比例した変位を生み出すことと理解されています。それを動かす力に投入されたエネルギー。言い換えれば、機械的仕事とは、物体に作用する力によって物体に伝達されるエネルギーの量です。

機械的仕事はスカラー量であり、通常は国際単位系 (SI) のジュール (J) で測定され、文字 W (英語の Work、「仕事」に由来) で表されます。さらに、力が物体にエネルギーを伝達するか(正の仕事)、それともエネルギーを減算するか(負の仕事)に応じて、正の仕事または負の仕事について話すことがよくあります。したがって、たとえば、ボールを投げる人はプラスの仕事をしますが、ボールをキャッチする人はマイナスの仕事をします。 一度は バベルの塔 について読んでみるべきです。

機械作業の特徴

機械作業の特徴は次のとおりです。

  • これはスカラー量であり、ジュール(つまり、平方メートルあたり平方秒あたりのキログラム)で測定され、文字 W で表されます。
  • それは、それを引き起こす力に直接依存します。つまり、物体に機械的な仕事が存在するためには、定義された経路に沿って機械的な力が物体に適用されなければなりません。
  • 日常言語では、「仕事」という用語は、実行時に一定量のエネルギーを消費する機械的活動を定義するために使用されます。
  • 熱(熱エネルギー)の伝達は、エネルギーの伝達から構成されるにもかかわらず、仕事の形態とは見なされません。

機械的仕事の公式

力によって動かされる物体の仕事を計算する最も簡単な式は通常、次のようになります。

W = F × d

ここで、W は行われた仕事、F は物体に作用する力、D は物体が受ける変位距離です。

ただし、力と距離は通常、空間内での特定の方向を必要とするベクトル量と見なされます。したがって、上記の式は、次のように、そのようなガイダンスを含めるように書き直すことができます。

W = F x d x cos𝛂

ここで、アルファの余弦 (cos𝛂) は、力が加えられる方向と、その結果物体が移動する方向によって形成される角度を決定します。 一度は アースデ について読んでみるのもいいかもしれません。

機械作業の種類

機械的な仕事は、運動する物体のエネルギー レベルを加算するか、減算するか、維持するかによって 3 つのタイプに分類されます。したがって、次のことについて話すことができます。

正の仕事 (W > 0)

これは、力が対象の物体にエネルギーを与え、力が加えられた方向と同じ方向に変位を生じさせるときに発生します。この例としては、ゴルフ選手がクラブでボールを打って数メートル飛ばしたり、野球選手が動いているボールを打って軌道を変えたりすることが挙げられます。

仕事ゼロ(W = 0)

これは、プロセス中にエネルギーを消費するにもかかわらず、適用された力が物体に変位を生じさせない場合に発生します。この例としては、非常に重い家具を押しても 1 ミリも動かない人が挙げられます。

負の仕事(W < 0)

これは、加えられた力が対象の物体からエネルギーを減じ、物体がすでに持っていた動きに抵抗したり、その変位を減らしたりするときに発生します。この例としては、野球選手が他の選手が投げたボールをキャッチして、ボールが進路を進まないようにするなどが挙げられます。あるいは、丘から落ちてくる物体の前に立って、それを完全に止めることはできないものの、落下速度を遅くすることに成功した人。

機械作業の例

機械的な作業の例としては、次のようなものがあります。

サッカーの試合で、審判がペナルティを宣告し、リオネル・メッシがゴールに向かってボールを蹴ると、500Nの力でボールが地面に触れることなく約15メートル飛びました。そのゴールを決めるのにどれだけの努力が必要でしたか?

答え: 式 W = F x d を適用すると、メッシは 500N x 15m、つまり 7500 J に相当する仕事を行ったことがわかります。

列車は全速力で南へ走り、線路に引っかかっている車に向かってまっすぐ進んでいます。危険に気づいたスーパーヒーローは、機関車の前に立ち、それを止めることにしました。列車が 20,000 N の力を持っていること、スーパーヒーローが無敵であること、そして機関車が閉じ込められた車両から 700 メートル離れていることを考慮すると、スーパーヒーローはそれを止めるためにどれだけの努力をしなければならないでしょうか?

答え:機関車をブレーキするには反対方向に少なくとも20,000 Nの力が必要であり、スーパーヒーローは機関車と閉じ込められた車両の間に少なくとも2メートルの余裕を残したいので、20,000 Nに等しい仕事を適用する必要があることがわかります。 N×698m、つまり13,960,000Jの負の仕事です。

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