仕事 (物理学)
(仕事量 から転送)
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/12/05 13:18 UTC 版)
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| 仕事 work |
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|---|---|
| 量記号 | W |
| 次元 | L2 M T−2 |
| 種類 | スカラー |
| SI単位 | ジュール（J） |
| CGS単位 | エルグ（erg） |
| FPS単位 | フィート・パウンダル（ft pdl） |
| MKS重力単位 | 重量キログラムメートル（kgf m） |
| FPS重力単位 | フィート重量ポンド（ft lbf） |
物理学における仕事（しごと、英語: work）とは、物体に加わる力ベクトルと、物体の変位ベクトルの内積によって定義される物理量である。
仕事は、エネルギーを定義する物理量であり、物理学における種々の原理・法則に関わっている。
| 古典力学 | |
|---|---|
次に仕事が生じない例を挙げる。
物体にする仕事の定式化物体に力 F が作用し、その位置が Δx だけ変化したとき、力 F がこの物体に対してした仕事 W は
重量 w の物体を支持するためには、鉛直下向きの重力に対して鉛直上向きの力が必要である。 この物体を鉛直に高さ h まで、ゆっくりと（加速度の影響が無視できるように）持ち上げる際に行われる仕事は wh と表される。 同じ高さまでの持ち上げに必要な仕事は滑車やてこなどの単純機械を用いても変化しない。この事を、仕事の原理と言う。 定滑車を用いると、ロープを引っ張る力の大きさは変化しないが向きが変化する。同時にロープの端を引っ張る向きも変化するが、持ち上げる為にロープの端を引っ張る距離は持ち上げる高さと等しい。 力や移動の向きは変化するがその力の大きさや移動する距離はそのまま持ち上げた場合と変化せず、仕事は変化しない。 動滑車を用いてロープを鉛直に張った場合には、物体の重量の半分の力で持ち上げることができる。しかし、同じ高さまで持ち上げる為には、ロープの端を持ち上げる高さの2倍の距離を引っ張らなければならない。力が半分になるが移動距離が2倍になるので、仕事は変化しない。 てこを用いると、作用点にかかる力は、支点からの腕の長さの逆比例で変化する。一方、移動距離は、相似関係により、腕の長さの正比例で変化する。従って、仕事は変化しない。 流体
油圧システムのような流体による仕事の伝達機構を考える。二つのピストン-シリンダを接続した内部に流体が封入されている系において、ピストンが移動して流体が一方のシリンダから他方のシリンダへ移動するとき、適当な条件の下で仕事は変化しない不変量である。 まず、流体の圧縮が無視できる場合には、ピストンの移動距離はシリンダの断面積に逆比例する。
上図のように、加えられる力が一定であるが運動の方向が力の向きに対して角度 α だけ傾いているとき、仕事 W は力 F と物体の移動距離 s によって以下のように表される。
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