物理の森　「仕事とエネルギー」

◆仕事Ｗ[J]＝力Ｆ[N]・距離ⅹ[m]

Ｔ：「仕事」ってなんやねん？

Ｍ：物体に「力」を加えて、その「力の向き」に「ある距離」動かすことを、「仕事」って呼ぶんだ。

Ｔ：ん？　なんや難しいの～。

Ｍ：たとえば僕が会社行くね？　で、「会社の定めた方向」に沿って、「行動」を「ある時間」おこなうと、それが「仕事」なんだ。「

Ｔ：ほうほう。

Ｍ：「行動」が「力」、「会社の定めた方向」が「力の向き」、「ある時間」が「ある距離」に対応すると考えればいいね。

Ｔ：じゃぁ、「仕事」すると給料もらえるん？

Ｍ：うん。現実の会社だと「仕事」すると給料というお金をもらえるけれど、物理の世界だと、もし「正の仕事」をすれば「ジュール[J]」という単位のエネルギーをもらえるんだよ。

Ｔ：「正の仕事」？

Ｍ：うん。ポイントは「会社の定めた方向」っていう部分ね。そりゃそうでしょ？　会社の定めた方向と 180° 正反対の行動をしていたら、お金をもらえるどころか、損失になって払わなくちゃいけないでしょ？

Ｔ：あ、なるほどね。

Ｍ：だから、基本は「仕事Ｗ＝力Ｆ×距離ⅹ」なんだけど、たとえば「力」が進行方向と逆向きの「負の力」だったり、あるいは「距離」が力の向きとは逆の「負の距離」だったりしたら、「仕事」は「負の仕事」になる場合もあるんだ。

Ｔ：その場合、お金なら「もらう」やなくて「払う」んやろけど、エネルギーなら、どないなるん？

Ｍ：たとえば、お金を払うということは、「借金」をもらうということだよね？　この「借金」は「負のお金」という意味だ。　つまり「負の仕事」をした場合は、「負のお金」、すなわち「負のエネルギー」をもらえると考えればいいよ。

Ｔ：じゃぁ、　会社の定めた方向と斜めずれていて 30° ぐらいの方向で仕事したら？

Ｍ：その場合は、30° 方向の力をベクトル分解して、会社の定めた方向の成分の力だけを用いるんだ。

Ｔ：じゃぁ、　会社の定めた方向と 90° の方向で仕事したら？

Ｍ：うん、これは実は重要。90° の方向って、力の方向と直角になっているんだけど、この場合は、会社の定めた方向でもなければ、会社の定めた方向の逆でもないよね。会社にしてみれば、損も得もない、まるっきり関係のない方向なんだ。で、この場合の仕事は、ゼロ0 になる。まぁ、そもそも 90° 方向はをベクトル分解できないことから考えても、仕事は、ゼロ0 だよね。

Ｔ：ということは、「正の仕事」をすれば、お金がもらえて、「正のエネルギー」がもらえる。「負の仕事」をすれば、お金を払って、「負のエネルギー」をもらうことになる。そんな感じ？

Ｍ：そうそう。

Ｔ：でも、お金やったら、もらった後、あれこれ買って使えるやん。エネルギーって、もらった後、何に使えるん？

Ｍ：うん、エネルギーっていうのは「ある力のものをある距離移動させることができる可能性」って考えればいいかな。つまり、エネルギーを貯めれば、その後その物体を運動させてある距離移動させられるんだ。

Ｔ：可能性？　その後？

Ｍ：そうそう。いいイメージだね。「仕事」は、ある物体を移動させた結果生じるもので、つまり「過去形」。「エネルギー」は、これから物体が移動する可能性で、つまり「未来形」ってイメージかな？

Ｔ：ほ～～。で、今日の会社の仕事は終わったん？

Ｍ：・・・せめて負の仕事にならんよう頑張らないとだね。