ニュートン力学
仕事と仕事率
一定の力がする仕事を変位と角度の関数として調べます。 と仕事率 をシミュレーションの表示で確かめます。
器具
- 力ベクトル付きで平面上の物体を引く力のモデル
- 力 F（0–100 N）と変位 s（0–10 m）のスライダー
- 力と変位の間の角 θ のスライダー
- 時間スライダー、リセットボタン、W・P の表示
手順
F と s に対する仕事を測る
θ = 0° にして F と s を独立に変え、表示の仕事 W を読みます。仕事は両方に比例し、力が変位と平行なとき となります。測定の合間にリセットを押します。
θ を変えて cos θ を見る
F、s を固定して θ を0から180°まで上げます。仕事は に従い減少し、90° でゼロ（垂直な力は仕事をしない）、それ以上では負（抵抗力）になります。各値を と照合します。
平均仕事率を計算する
F、s、θ を固定して時間スライダーを変えます。同じ W でも、速く行うと P = W/Δt が大きくなります。表示から P が指定値に達する時間を予測して確かめましょう。
シミュレーション
実験の歴史
力学的「仕事」の概念は1829年、ガスパール＝ギュスターヴ・コリオリが機械効率の研究で力×変位として定義し、「運動エネルギー」の名も彼によるものです。仕事率はジェームズ・ワットが蒸気機関を「馬力」（1782年、現在1 hp ≈ 746 W）との比較で売り込んだことで実用概念になりました。
1840年代ジェームズ・プレスコット・ジュールは、力学的仕事・熱・電気が一つの保存量の姿だと証明しました。有名な羽根車実験で熱の仕事当量を測定しました。単位のジュールとワットはこれらの業績を記念します。