おもりを直接持ち上げるのに比べて、動滑車や斜面を使うと小さい力で持ち上げることができる。
しかし、力を加え続ける距離が長くなるので 「距離×力」の仕事の量としては同じになる。
仕事の原理
道具を使っても、使わなくても仕事の量は変化しない。
物体がされた仕事を考える。
物体には18Nの重力がかかっている。
この重力にさからって0.5m上昇させたので
仕事=18N×0.5m=9J
点Aで手がした仕事を考える。
仕事の原理から、仕事の量は(1)と同じく9Jである。
動滑車は図のように2本のひもでおもりを吊り下げているので
点Aで上に引く力はおもりの半分の9Nである。
引く長さをxmとすると 9N×xm=9J
x=1m よって 100cm
(2)で出したとおり動滑車は2本のひもでおもりを吊り下げているので
Aにはおもりの半分の力が加わる。
仕事率=仕事÷秒
よって9J÷5秒=1.8W
仕事の原理から、動く距離が3倍なら、力は3分の1になるので12N÷3=4N
Pが60cm動くなら、1:3=x:60よりx=20
20cm
Pでした仕事は
4N×0.6m=2.4J
仕事率 2.4J÷4秒=0.6W
図のように物体にかかる重力を分解すると
斜面の直角三角形ABCを縮小した三角形QPRができる(相似)
重力と斜面に垂直な分力の比 PQ:PRがBA:BCと等しくなる。
PQ:PR=5:4なので斜面に垂直な分力は4Nとなる。
垂直抗力は斜面に垂直な分力とつりあっているので
大きさが同じで4Nとなる。
重力5Nがかかっている物体を3mの高さまで持ち上げるので15W
仕事率0.9Wなのでかかる時間をx秒とすると 15÷x=0.9
x=15÷0.9=503
斜面は5mあるので速さ=距離÷時間
速さ=5÷503=0.3 m/s
単位を直して30cm/s