仕事の原理について

質問

私自身も、中学の時、疑問に思っていたことです。娘にも夕食の時に質問されました。血は争えませんね。
動滑車や坂道を使った場合の仕事の原理は、親子とも理解できています。「道具を使っても、仕事で得することはない。」ですよね。

でも、歩くよりも、自転車を使ったら、楽です。さらに乗用車に乗ったら、もっと楽です。
自転車や乗用車は仕事の原理に当てはまらないのですか。
よろしくお願いします。

回答No.2

rnakamra · ベストアンサー

仕事と人間の労力は全く別物です。

自転車での移動では、人間が歩くよりも無駄が少ないため移動にかかるエネルギー量は一般に少なくなります。
これは人間の歩く動作が一部進行を阻害する向きに働くことが大きいでしょう。
上げた足を下ろし地面に触れた瞬間後ろ向きの摩擦を起こしてしまいます。
但し、急坂を登るときなどは自転車の重量が負荷としてかかってくるためむしろ歩いたほうが労力が少なくて済む場合もあります。

自動車での移動では、移動に使うエネルギーは殆ど自動車が消費するガソリンでまかなわれます。このエネルギー量は歩くよりももっと大きなものになるでしょう。

ここで豆知識。
荷物を引き上げるとき、定滑車をひっつだけ使いあげる場合と定滑車と動滑車と使い約半分の力で引き上げる場合、持ち上げる人の疲労は動滑車を使ったほうが少なくて済みます。仕事量は動滑車を持ち上げる分動滑車を使うほうが大きいのですが、人間の体は大きい力を短い時間出すことよりも小さい力を長く出すほうが疲労がたまりにくいため、動滑車を使ったほうが楽に感じます。
また、同じ時間で同じ仕事をする場合でも、大きな力で遅く行うよりも小さな力ですばやく行うほうが疲労の蓄積は少なくなります。
自転車で平地を長距離は知る場合、ギアを少し軽くして早く回したほうが疲労がたまりにくくなります。

お礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

回答No.4

foomufoomu

乗用車は動力にガソリンエンジンを使っているので、比較になりませんが、
歩くのと自転車とで疲れ方が違うのは、「機械 インピーダンス 整合」の原理によるものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%BC%E3%83%80%E3%83%B3%E3%82%B9%E6%95%B4%E5%90%88

http://www.emic-net.co.jp/technical/yougo/ka.html

機械インピーダンスが合っていない(整合していない)と、力が無駄に流れてしまい、疲れます。自転車は足の力を無駄なく地面に伝える機械なのです。
「道具を使っても、仕事で得することはない。」のは、静的な（ゆっくりとした）仕事の話で、動きのある仕事では、うまく道具を使えば得をします。

お礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

回答No.3

FT56F001

物理(力学)で使う「仕事」という言葉は，日常生活での「仕事」とはやや違う意味のため，
混乱することが多いですね。

自転車の場合は，力学的仕事の原理は当てはまります。
すなわち，「仕事=力×動いた距離　は，自転車によって増えない」ということです。
自転車と言う道具は，直接歩くよりも，
ペダルを踏む力を大きくする代わりに，ペダルを踏む距離が短くなるように作ってあります。
これらの積は，自転車がした仕事，すなわち
(タイヤが地面を蹴る力)×(タイヤが走った距離)
と同じになります。(チェーンや軸受けの摩擦を無視すれば)

自転車を使うと楽と感じるかどうかは，足が出せる力と関係しているので，複雑です。
平坦な道は自転車で走る方が楽ですが，急坂は自転車に乗ったまま登るより，押して歩く方が楽ですよね。

乗用車の場合，ガソリンを燃やして走るので，
狭い意味の仕事の原理は当てはまりません。
すなわち，運転者がハンドルを回したり，ペダルを踏んだ「仕事」で
自動車が走るわけではありません。
(子供が載って足でこぐ人力自動車は仕事の原理が当てはまります)

自動車の場合，
「仕事」=「エネルギー」という考え方で行くと，
ガソリンが持っていた化学エネルギーに対して，
自動車がした仕事を比べなければなりません。

「仕事の原理」というのは，まず力学の範囲として勉強しますが，
最後に「エネルギーは保存される」という法則に行き着きます。

古代生物が太陽エネルギーを溜め込んだ化石燃料を，
掘り出しては贅沢に使わせてもらえる時代が，
あとどれだけ続けられるのやら・・・

お礼

ありがとうございました、確かにそうですね。かみ砕いて、娘に説明してみます。

回答No.1

makot0

自転車や乗用車を作る上での仕事量まで鑑みたら、
おそらく、プラマイゼロに近いと思います。

お礼

ありがとうございました。