なぜこの場合は仕事をしないと言いますか？

質問

センター試験の過去問題です。

「フォークリフトがあり、最初、フォークの上に荷物を載せて静止している。次に、以下のようにフォークリフトで荷物を操作する。
(a)フォークリフトを止めたまま、フォークで荷物を持ち上げる。
(b)フォークで荷物を持ち上げたまま、フォークリフトを水平移動させる。
問：(a)(b)の各作業において、フォークは仕事をするか？」

(a)については自明だと思います。
(b)についても私は仕事をすると思ったのですが、答えは仕事をしないだそうです。
荷物が動くのはフォークリフトから摩擦力という形で力を受けているからなのにどうして仕事をしていないと言えるのでしょうか？
それに動いていると言うことは、（地面から見れば）運動エネルギーが増加したと言うことではないのですか？

よろしくお願いします。

回答No.11

BookerL · ベストアンサー

＃３，＃７ です。

＞「水平移動中を考える」という注を発見したので、やはり「運動エネルギーが増加しているじゃないか」と再び思っているところです。

　その注は「移動中」ということで、静止状態から動き出すまでの事は考えず、等速運動の間だけを考えて、その間に仕事がされたかどうかを問題にする、ということでしょう。

Ａ段階：静止状態からある速度まで加速する
　　　　物体に仕事がされ、物体は速度を持ち、運動エネルギーをもつようになる

Ｂ段階：一定速度で移動する
　　　　一定速度なので、運動エネルギーの変化はなく、この間で物体になされる仕事は０

Ｃ段階：静止状態まで減速する
　　　　物体に負の仕事がされ、物体の運動エネルギーがなくなる

という流れの中の Ｂ段階だけを考えよう、という事だと思います。私の以前の説明は、Ｂ段階だけではなくＡ段階・Ｃ段階を含めて考えても、物体にされる仕事は ０ である、ということです。

　この問題は「フォークリフト」が登場しますが、タイヤの摩擦やエンジンの発熱などを考えるべきではなく、「物体にされた仕事」だけを考えるべきでしょう。
　「フォークは仕事をしないがタイヤが仕事をする」というような回答がありますが、問題の本質とは関係ないと思います。また、「摩擦力は存在しない」という回答もありますが、これは誤りです。

　要するに、出題者は「重力場の中での水平移動では物体のもつ力学的エネルギーに変化がなく、物体に仕事はなされない」という抽象された物理的事実の理解を問いたかったのだと思います。ただ、それをストレートに出題せずに「フォークリフト」などを持ち出したため、現実に即して、動かし始める時に仕事は必要だ、というように考えてしまわないように「荷物が等速度で水平移動している間を考えるものとする」という但し書きが必要になったのでしょう。

お礼

回答ありがとうございます。
氷解しました。
確かに等速度なら運動エネルギーは増加していませんね。
また、おっしゃる通りタイヤ等の働きをなんたら考えるのはナンセンスだと思いました。
わかりやすかったです。

回答No.2

mixture518

こんばんわ。

仕事は「W=Fs cosθ」の公式であらわされるのはご存じだと思います。
この時の　θ　は、Ｆ(力)とs(移動距離)のなす角を表しています。
そのため(ｂ)の場合、「荷物を持ち上げている上方向の力」と「水平移動させた水平方向の距離」の
なす角が９０°となり、Ｗ＝０となってしまう訳です。
その為、(ｂ)は仕事をしたとは言えないのでしょう。

間違えていたらすいません。
勉強頑張ってください。

お礼

θとは運動方向と力のなす角度だと思うので両方ともθ＝0だと思うのですが。
回答ありがとうございます。

回答No.1

中京区 桑原町（@l4330）

(b)の時仕事をしたのはタイヤ
貴方の理論ではフォークを支えてる支柱も貴方が座ってる椅子も仕事をした事になる。

お礼

回答ありがとうございます。
一瞬なるほどと思いましたが余計に混乱してしまいました。
例えば問題文が「フォークは荷物に仕事をするか」ではなく「フォークリフトは荷物に仕事をするか」だったら(b)もYESになるのでしょうか？