仕事率について

質問

基礎的な物理の質問です。仕事率(Power)と力(Force)の概念がまだいまいちのみこめません。

自分が自転車にのっていて、自転車に加えている「力(power or force)」の概念として、Fを使うべきかPを使うべきかよくわかりません。

自動車のエンジンであれば、出力は仕事率で（ワット）であらわすので、それからの類推で、Pだとおもうのですが、では力の概念のFは日常生活ではどう考えたらいいのでしょうか？

前にも、似たような質問をしたことがありますが、まだしっくりきていません。よろしくお願いいたします。（数学的の定義的には P=dW/dtとか、dW=Fdx　とか、Pdt= Fdx とかは分かっているとは思うのですが、、）

回答No.3

naniwacchi

#2です。

＞一般的に力や筋力がある人といった場合、そのひとが自転車に乗るとすると、
＞仕事率（馬力）が高いと考えたらいいのでしょうか？
＞トルクが高いと考えたらいいのでしょうか？それとも両方の面が必要でしょうか？
単純には、力がある人という意味ではトルクになるような気がします。
ただ、それだけの力があれば当然馬力も出ますよね。

＞まだ腑に落ちないのが、同じ力（もしくはトルク）で加速していた場合は、
＞定加速度運動になるにもかかわらず、同じ馬力で加速しても、
＞スピードが上がると加速が落ちる点です。
これは確かにそうですよね。
自動車工学が専門の方にコメントいただきたいですね。＾＾；
ただ、スピードが上がった状態で加速しようとしても「空回り」してしまうのではないでしょうか？
タイヤの回転数を上げればスピードが上がるわけですが、
回転数が上がり過ぎれば「ハイドロプレーン」のような感じで空回りしてしまうようにも思います。

補足

ありがとうございます。

ただ、同じ馬力で加速してもスピードが上がると加速が落ちるのは、空回りなどではなく、物理の根本的な法則だと思います。エネルギーがスピードの二乗になっているので、同じスピードを増やすのにも、必要なエネルギーがことなるということだったと思います。ただ、それがなかなか、感覚的には納得できなくて、こまって質問をしました。まったく摩擦や抵抗などが無いところで、自転車にのって同じ「力」でこいでいても、本当にスピードがおそくなるのかと。

いろいろありがとうございました。

回答No.2

naniwacchi

こんにちわ。

仕事と力は考えている「次元」も違うので・・・。
Pdt= Fdxと書かれている時点で理解されているとは思いますが。

・仕事
次元でみればエネルギーと同等です。
つまりは、どれだけのエネルギーを与えたか（場合によっては蓄えたか）ということになります。
仕事率はその時間平均になるので、単位時間当たりに与えたエネルギーということになります。
系として与えられた／蓄えられたエネルギーについて、論じていますね。

・力
これはその「人」が与えた力ということですから、
系としてどうなったかは二の次といったところでしょうか。

感覚的な表現ですが、「仕事は結果に対して」「力はその瞬間での作用に対して」といったところでしょうか？
ですので、どこに主眼を置いて論じるかによって適・不敵があると思います。

＞足で自転車を踏み込んでいるときに足にかける力(たとえばP=10W?）
力をＰで表すことは間違っていると思います。
自動車の場合、馬力が仕事率を表し、トルクは力を表します。
そして、それぞれがその性能として表記されています。
馬力は「自動車という系が運ぶ（引っ張る）ことのできる能力」を表し、
トルクは「自動車の中のエンジンが出すことのできる力」を表しています。

補足

少しわかりました。ありがとうございます。

次元がちがうというのはわかっているのですが、なかなか感覚的に理解できずにこまっておりました。

一般的に力や筋力がある人といった場合、そのひとが自転車に乗るとすると、仕事率（馬力）が高いと考えたらいいのでしょうか？トルクが高いと考えたらいいのでしょうか？それとも両方の面が必要でしょうか？

まだ腑に落ちないのが、同じ力（もしくはトルク）で加速していた場合は、定加速度運動になるにもかかわらず、同じ馬力で加速しても、スピードが上がると加速が落ちる点です。

回答No.1

debukuro

仕事量とその仕事するのに要した時間を併せて考えるのが仕事率です
力は物体を動かすのに必要な要素であってどれだけの距離をどれだけの時間でということは考慮されません

もうそろそろFは捨てた方がいいです

補足

ありがとうございます。

いちおう、それは分かっているつもりです。P=dW/dt ですよね。

ただ、たとえば、足で一キロの重りを支えているときに足にかける力（F=9.8N)と、足で自転車を踏み込んでいるときに足にかける力(たとえばP=10W?）はどう違うのでしょうか？

自転車が動いている（足が動いている）ので、動きがあるのは違いが分かるのですが、日常的な感覚での力とは、それぞれどのように関わると考えたらいいですか？