第３章仕事とエネルギー③（仕事率，エネルギー）
１．前回の復習
前回は，仕事というものを学習しました。大切なことは， 「力の向きに」移動した距離ということです。だから，力と移動方向が垂直だと仕事は０で， 力と移動方向が反対向きだと仕事はマイナスになりました。
今日は，仕事率というものを定義して問題演習を行います。 そのあと，エネルギーというものを定義します。
２．仕事率
えー，私のように仕事ができる人っていうのは，どういう人ですか？
生徒：「･･･」（部活の生徒だけ笑う）
何で笑ってるんだ？
はい，仕事ができるっていうのは，同じ仕事でも短時間でできるってことだよね。
つまり，1秒間あたりにする仕事がポイントになるんです。
これを「仕事率」といいます。
つまり，「仕事率＝した仕事／かかった時間」です。
ちなみに，物理的にはどんな人なら仕事を速くできるかというと， 何をもっている人？英語で。頭文字はP。そうです。「パワー」です。 仕事率はPowerなので，Pを使って表すことが多いです。
仕事率の単位は[W]と書いて，「ワット」と読みます。
[J/s]をまとめて[W]と表すわけです。
しかし，「ワット」ってどこかできたことない？
そうです。電球や蛍光灯も[W]で表します。
60[W]の電球であれば，1秒間に60[J]の仕事をするということです。
仕事WorkのWとかぶるのでややこしいですが，
仕事のWは記号で，ワット[W]は単位です。
まあ，文字に関しては高校に入ってから慣れていけばいいです。
３．問題演習
では，次の問題をやってみてください。
手が動かないね。まずは物体に働く力を書いてみてください。
では，重力はいくらですか？
そうです。重力はmg（質量×重力加速度）で，39.2[N]。
では垂直抗力は？
A君：「39.2[N]です。」
なぜ？
A君：「重力とつりあっているからです。」
その通り！上下方向には動かないから，重力と垂直抗力はつりあっています。
では，摩擦力の大きさは？
B君：「わかりません。」
C君：「わかりません。」
D君：「30[N]です。」
その通り！ではなぜ？
D君：「摩擦力とつりあっているからです。」
でもいまは動いているよね。問題文のどこでつりあっているとわかるの？
D君：「一定の速さ？」
そうだね。2学期にやったけど，等速直線運動しているときには力がつりあっている。
E君：「でも，動いているのに，なぜつりあっているんですか？」
あー，そこが2学期の最大のポイントだったんだけどね。
でも難しいところです。もう一回考えてみよう。
では，張力が摩擦力よりも大きかったらどうなる？
E君：「加速する？」
そうだね。逆に摩擦力の方が大きかったらどうなる？
E君：「減速する」
そうです。では，力がつりあっていたら？
E君：「一定の速さ？」
そういうわけです。
F君：「でも力がつりあっていたら動かないじゃないですか？」
なるほど。確かにはじめに静止していて，摩擦力が30[N]で，
30[N]の張力で引っ張っても動かない。
だから，動き出すには30[N]以上の力で引っ張る必要があります。
それで加速して6.0[m/s]になったら，力を30[N]にして速さをキープさせた。
その後の状況をみているってことなんだよ。
G君：「それはわかりやすい！」
ここは，なかなか納得しにくいところだから，よく考えてね。
※（２）～（５）はスムーズに進んだ。
（６）の物体がされた仕事は？
H君：「わかりません」
これはね，基本的に「物体がされた仕事」っていうのは，
物体に働く力がした仕事の合計になります。
よって，この場合は０[J]。
※解答です。
もう一問，いってみましょう。
（１）はわかるかな？重力の大きさは39.2[N]。
垂直抗力の大きさは？
I君：「19.6√３[N]。」
すごいね！どうやって求めた？
I君：「重力を分解して求める。」
その通りです。では，重力がした仕事は？
J君：「19.6[N]×0.60[m]＝11.76[J]」
OKです。でもさ，他の求め方した人いる？
K君：「39.2[N]×0.30[m]。」
そう！でもなんで？
K君：「？」
はじめに実験をやったよね。あのときは重力に逆らって持ち上げたのだけど，
どの方法も同じになった。それと同じことが言えるのです。
どっちの経路で求めても同じになるんだよ，重力の場合は。
垂直抗力がした仕事はいいね。０です。
（２）のように，斜面が曲面になったらどうでしょう？
L君：「39.2[N]×0.30[m]＝11.76[J]」
そうだね。さっきと同じことが言えるわけです！
４．エネルギー
さて，時間がなくなってしまったけど，
ここまで仕事をやってきましたが，
それはエネルギーという量と密接な関係があるからです。
ここにハンマーがあります。釘を打ってみます。
釘は木にささります。このとき，釘は力を受けて移動しています。
つまり，釘は仕事をされているわけです。
逆に言うと，ハンマーは釘に仕事をしています。
他の物体に仕事をできるという状態を，「エネルギーを持っている」
といいます。
動いている物体は「運動エネルギー」というものを持っています。
ハンマーが動いていて運動エネルギーを持っている。
それが釘への仕事に使われます。
まずこれを理解してください。
「100[J]のエネルギーを持っている」
＝「100[J]の仕事をすることができる」
例えるならば，エネルギーは「お金」です。 仕事は「消費」です。 100円のお金を持っていれば，100円の物が買える。
５．まとめ
今日は仕事率を学習し，問題演習を行いました。 最後にエネルギーを簡単に説明しました。 動いている物体は「運動エネルギー」を持ちます。 次回は，その運動エネルギーは何によって決まるか， 実験をしてみたいと思います。
授業を終えて。。。
・時間が足りず，仕事を「する」「される」には入れなかった。
・やっぱり慣性の法則は難しい！2学期は慣性の法則のために構築したつもりなのに･･･残念！
ですが，ポイントは「初速度」なのであろう。静止状態から加速して，そのあと一定速度になる
問題をどこかで扱うべき。
・仕事からエネルギーにうまく流れていないな。再考。
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