運動とエネルギーの問題
床の上に置いた質量 の物体を、手で真上にゆっくりと一定の速さで 持ち上げた。このとき、手が物体にした仕事は何 J ですか。ただし、質量 の物体にはたらく重力の大きさを とする。
この問題で使うもの
- 仕事(説明と入口の問題)
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
技能「仕事」を使います。仕事は、力の大きさと、力の向きに動いた距離をかけて求めます。
ヒント 2
持ち上げる力の大きさは物体にはたらく重力の大きさと同じです。質量 で を使い、距離は m に直しましょう。
ヒント 3
持ち上げる力は 、持ち上げた距離は です。
答えと解説
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解説を読む
物体を持ち上げる力の大きさを求める
質量 の物体にはたらく重力の大きさが なので、質量 の物体にはたらく重力の大きさは
物体を一定の速さでゆっくり持ち上げるので、手は重力と同じ大きさ の力で物体を上向きに引き上げています。
距離を m に直す
仕事を J で求めるときは、距離を m で表します。
仕事を求める
仕事(J)= 力の大きさ(N)× 力の向きに動いた距離(m)より、
答え: J
別解
質量 の物体にはたらく重力は 。一定の速さで持ち上げるので、手が加える力は重力とつりあい 。 なので、仕事 。検算: 位置エネルギーの増加も で一致する。