中3理科「仕事の原理のポイントまとめ」

「仕事の原理」のまとめです。力の合成・分解と仕事の単元あh、仕事の原理を絡めて、てこや滑車の問題が出題されやすいです。動滑車1個と定滑車1個を組み合わせた組み合わせ滑車の問題には要注意です。

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仕事の原理

仕事の原理の例
力で楽(ラク)ができても、仕事の量は変わらない。道具を使うと小さな力で大きな力を出すことができる。しかし、仕事の量を大きくすることはできない。これを仕事の原理という。たとえば、てこや滑車・斜面などの道具を使って仕事をさせるとき、力を大きくすることはできるが、道具に対してあたえた仕事よりも大きな仕事を道具にさせることはできない。仕事の原理は、道具を使っても、仕事を新しくうみ出すことができないことを表している。

仕事の原理:道具や機械を使って物体に仕事しても、物体に対して直接仕事しても仕事の大きさ変わらない。

てこを使った仕事

てこを使った仕事でも仕事の原理は成り立つ。

滑車を使った仕事

滑車を使った仕事も仕事の原理は成り立つ。重さの無視できる動滑車を1つ使うと、たとえば、重さ10Nの物体を引き上げる力Fは、5Nでよい場合があったとする。

一方で、この場合、物体を10cmだけ引き上げるには、ひもを20cm引かなければならない。このとき、人が動滑車にする仕事は、 (ひもに加える力)×(ひもを引く距離)=5[N]×0.2m=1.0となる。

また、動滑車が物体にする仕事は、 (物体の重さ)×(物体を引き上げる距離)= 10[N] × 0.1[m] = 1.0 となる。人がする仕事と滑車が物体にする仕事とは等しく、仕事の原理が成り立つ。

  • 定滑車による仕事:物体を引き上げるとき、力の大きさは物体の重さと同じで、ひもを引く長さは、物体が動く距離と同じ。
  • 動滑車による仕事:物体を引き上げるとき、力の大きさは物体の重さの1/2で、ひもを引く長さは物体が動く距離の2倍。

力の合成・分解

斜面上の物体の重力は、2つの力に分解する。

  • 力の合成:物体にはたらくいくつかの力を1つの力にまとめること。この力を合力という。平行四辺形の対角線で表される。
  • 力の分解:1つの力を2力に分けること。分解されたことを分力という。
    斜面上の物体にはたらく力:重力を斜面上にそった方向と斜面上に垂直の方向に分解する。斜面に垂直な方向の力は、物体にはたらく垂直抗力とつり合う。

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