仕事の計算方法

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ステップ
パート1/3：一次元での仕事の価値を見つける
パート2/3：角力を使用した仕事の計算
パート3/3：作業値の使用
チップ

物理学では、「仕事」の概念は日常生活で使用されているものとは異なる定義を持っています。特に、「仕事」という用語は、物理的な力によってオブジェクトが移動する場合に使用されます。一般に、強力な力によってオブジェクトが非常に遠くに移動する場合、多くの作業が行われています。そして、力が小さいか、オブジェクトがあまり遠くに移動しない場合は、ほんの少しの作業です。強度は、次の式を使用して計算できます。 仕事= F×D×コサイン（θ）ここで、F =力（ニュートン単位）、D =変位（メートル単位）、およびθ=力ベクトルと運動方向の間の角度です。

ステップ

パート1/3：一次元での仕事の価値を見つける

1 力ベクトルの方向と移動の方向を見つけます。 開始するには、最初にオブジェクトが移動している方向と、力が加えられている場所を特定することが重要です。オブジェクトは、加えられた力に応じて常に移動するとは限らないことに注意してください。たとえば、小さなカートをハンドルで引っ張ると、斜めの力（カートより背が高い場合）を適用して移動します。前方。ただし、このセクションでは、オブジェクトの力（努力）と動きが発生する状況について説明します。 持ってる 同じ方向。これらのアイテムがいつ仕事を見つけるかについての情報のために いいえ 同じ方向を持っています、以下を読んでください。
- このプロセスを理解しやすくするために、サンプルタスクに従いましょう。おもちゃの馬車がその前の電車にまっすぐ引っ張られているとしましょう。この場合、力のベクトルと列車の移動方向は同じ経路を示します- 前方..。次のステップでは、この情報を使用して、エンティティによって実行された作業を見つけるのに役立てます。
2 オブジェクトのオフセットを見つけます。 仕事の公式に必要な最初の変数D、つまりオフセットは、通常、簡単に見つけることができます。変位とは、力によってオブジェクトが元の位置から移動した距離のことです。教育タスクでは、この情報は通常、与えられる（既知）か、タスク内の他の情報から導出（発見）される可能性があります。実生活では、変位を見つけるために必要なのは、オブジェクトが移動している距離を測定することだけです。
- 仕事を計算するには、式の距離の単位がメートルである必要があることに注意してください。
- おもちゃの列車の例では、列車が線路を通過するときに列車が行った作業を見つけたとしましょう。ある地点から始まり、線路沿いの約2メートルの場所で止まると、 2メートル 式の「D」値。
3 オブジェクトに加えられた力を見つけます。 次に、オブジェクトを移動するために使用される力の量を見つけます。これは、力の「強さ」の尺度です。値が大きいほど、オブジェクトを強く押し、コースを加速します。力の大きさが指定されていない場合は、式F = M×Aを使用して、質量と変位の加速度（それに作用する他の相反する力がない場合）から導出できます。
- 仕事の公式を計算するには、力の単位がニュートンでなければならないことに注意してください。
- この例では、力の大きさがわからないとしましょう。しかし、それを仮定しましょう知るおもちゃの列車の質量は0.5kgであり、その力によって0.7メートル/秒の速度で加速します。この場合、M×A = 0.5×0.7 =を掛けることで値を求めることができます。 0.35ニュートン.
4 掛け算の強さ×距離。 オブジェクトに作用する力の量とオブジェクトが移動した距離がわかれば、残りは簡単です。これらの2つの値を互いに乗算するだけで、作業値が得られます。
- 問題の例を解決する時が来ました。 0.35ニュートンの力の値と2メートルの変位の値で、私たちの答えは単純な乗算の問題です：0.35×2 = 0.7ジュール.
- はじめに与えられた式には、式に余分な部分があることに気づいたかもしれません：コサイン（θ）。上で説明したように、この例では、力と移動方向が同じ方向に適用されます。これは、それらの間の角度が0であることを意味します。コサイン（0）= 1なので、それを含めるべきではありません。1を掛けるだけです。
5 ジュールで答えを示してください。 物理学では、仕事の値（および他のいくつかの量）は、ほとんどの場合、ジュールと呼ばれる測定単位で与えられます。 1ジュールは、1メートルあたり1ニュートンの力、つまり1ニュートン×メートルとして定義されます。これは理にかなっています-距離に力を掛けているので、得られる答えは、力の単位に距離を掛けたものに等しい測定単位を持つことは理にかなっています。
- ジュールには、1秒あたり1ワットの電力が放出されるという別の定義もあることに注意してください。パワーとそのパフォーマンスとの関係の詳細については、以下をお読みください。

パート2/3：角力を使用した仕事の計算

1 いつものように強度と変位を見つけます。 上記では、オブジェクトに加えられた力と同じ方向にオブジェクトが移動する問題を扱いました。実際、これが常に当てはまるとは限りません。オブジェクトの力と動きが2つの異なる方向にある場合、正確な結果を得るには、これら2つの方向の差も方程式に含める必要があります。まず、通常どおり、オブジェクトの力と変位の量を見つけます。
- 問題の別の例を見てみましょう。この場合、上記の問題の例のようにおもちゃの列車を前方に引っ張っていると仮定しますが、今回は実際には斜めの角度で上向きに引っ張っています。次のステップでは、これを考慮に入れますが、今のところ、列車の動きとそれに作用する力の大きさという基本に固執します。私たちの目的のために、力が大きさを持っているとしましょう 10ニュートン そして彼は同じように運転した 2メートル 前と同じように転送します。
2 力ベクトルと変位の間の角度を見つけます。 オブジェクトの動きとは異なる方向の力を使用する上記の例とは異なり、2つの方向の角度の違いを見つける必要があります。この情報が提供されていない場合は、自分で角度を測定するか、問題の他の情報から角度を導き出す必要があります。
- この例の問題では、加えられる力が水平面から約60上にあると仮定します。列車がまだ真っ直ぐ前（つまり水平方向）に動いている場合、力のベクトルと列車の動きの間の角度は次のようになります。 60.
3 乗算力×距離×コサイン（θ）。 オブジェクトの変位、それに作用する力の量、および力ベクトルとその動きの間の角度がわかれば、角度を考慮しない場合とほぼ同じくらい簡単に決定できます。角度の余弦を取り（これには関数電卓が必要な場合があります）、力と変位を掛けて、ジュールでの問題の答えを見つけます。
- 問題の例を解いてみましょう。計算機を使用すると、コサイン60が1/2であることがわかります。これを式に含めると、次のように問題を解決できます。10ニュートン×2メートル×1/2 = 10ジュール.

パート3/3：作業値の使用

1 式を変更して、距離、強度、または角度を見つけます。 上記の作業式は単に仕事を見つけるのに役立ちます-仕事の意味をすでに知っている場合は、方程式の変数を見つけるのにも役立ちます。このような場合は、探している変数を強調表示し、代数の基本的な規則に従って方程式を解きます。
- たとえば、86.6ジュールの仕事をするために、列車が5メートルを超える軌道の対角線角度で20ニュートンの力で引っ張られていることがわかっているとします。ただし、力ベクトルの角度はわかりません。角度を見つけるには、この変数を選択し、次のように方程式を解きます。
  86.6 = 20×5×コサイン（θ）
  86.6 / 100 =コサイン（θ）
  Arccos（0.866）=θ= 30
2 移動に費やした時間で割って、力を見つけます。 物理学では、仕事はパワーと呼ばれる別のタイプの測定と密接に関連しています。電力は、特定のシステムで長期間にわたって作業が行われる速度を定量化する方法にすぎません。したがって、力を見つけるためにあなたがしなければならないのは、オブジェクトを移動するために使用される作業を、移動を完了するのにかかる時間で割ることです。電力測定値は、W（ジュール/秒に等しい）の単位で示されます。
- たとえば、上記の手順の問題の例で、列車を5メートル移動するのに12秒かかったとします。この場合、あなたがしなければならないのは、それを5メートル（86.6 J）動かすために行われた仕事を12秒で割って、パワーを計算するための答えを見つけることです：86.6 / 12 = '7.22ワット.
3 TME式を使用する_NS + W_nc = TME_NSシステム内の機械的エネルギーを見つけるため。 この仕事は、システムに含まれるエネルギー量を見つけるためにも使用できます。上記の式ではTME_NS = イニシャル TMEシステムの総力学的エネルギー_NS = 最後の システム内の総力学的エネルギーとW_nc =非保存力のために通信システムで行われる仕事..この式では、力が移動方向に加えられた場合、それは正であり、それが（反対に）それを押す場合、それは負です。両方のエネルギー変数は、式（½）mvで求めることができます。ここで、m =質量、V =体積です。
- たとえば、上記の2つの手順の問題の例で、列車の最初の総力学的エネルギーが100 Jであるとします。問題の力により、列車はすでに通過した方向に引っ張られるため、正の値になります。この場合、列車の最終エネルギーはTMEです。_NS + W_nc = 100 + 86.6 = 186.6 J.
- 非保存力とは、物体の加速度に影響を与える力が、物体が移動する経路に依存する力であることに注意してください。摩擦は良い例です。短くまっすぐな経路に沿って押されたオブジェクトは短時間摩擦の影響を感じますが、同じ最終位置に長い曲がりくねった経路に沿って押されたオブジェクトは全体としてより多くの摩擦を経験します。

チップ

問題の解決に成功したら、笑顔で幸せになりましょう。
できるだけ多くの問題を解決する練習をしてください。これにより、完全な理解が保証されます。
練習を続け、最初に失敗した場合は再試行してください。
仕事について次の点を研究してください。
- 強制的に行われる作業は、ポジティブにもネガティブにもなり得ます。（この意味で、「ポジティブまたはネガティブ」という用語には数学的な意味がありますが、通常の意味があります）。
- 力が変位と反対方向に作用する場合、行われる仕事は負になります。
- 力が進行方向に作用するとき、行われる仕事は前向きです。