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【中学理科】仕事と仕事率とは何か?求め方や公式も解説

理科の仕事

このページでは中学3年生で学習する「仕事」「仕事率」を中学生向けに解説します。

急いでいる人のために、仕事の公式を先に解説しておくね。

仕事【J】= 力の大きさ【N】 ×  力の向きに移動した距離【m】

仕事率【W】 = 仕事【J】 ÷ 仕事にかかった時間【s】

だよ。

ねこ吉

「仕事」難しくて苦手なんだよね…。

このページで詳しく解説していくから、心配しないでね。

自己紹介

さわにい」といいます。元中学理科の教員

現在は毎月30万人が利用する理科サイトの運営者です。

登録者7万の教育YouTuberでもあります。

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それでは仕事の解説スタート!

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仕事

それでは解説を始めるよ。まずは「仕事とは何か」を学習していこう。

日常会話で「仕事」というと

  • 教員
  • お医者さん
  • 運転手さん

など、職業のことをイメージするよね。

ねこ吉

うんうん。

だけど理科で言う「仕事」は職業とはまったく違う意味をもつんだ。

理科では「物体に力を加えて、その力の向きに物体を動かしたとき、力が物体に対して仕事をした」というんだよ。

ポイント

理科では「物体に力を加えて、その力の向きに物体を動かしたとき、力が物体に対して仕事をした」という。

仕事とは

また、仕事の量を求める公式は

仕事【J】= 力の大きさ【N】 ×  力の向きに移動した距離【m】

で表すことができるんだ。

ねこ吉

何だか難しい…。

そうだね。例題を出しながら考えていこう。

仕事の計算問題

例題1 30の力を加え、力の向きに物体を2m動かしたときの仕事はいくらか?

理科でいう仕事

このときの仕事を考えてみよう。

仕事を求める公式は

仕事【J】= 力の大きさ【N】 ×  力の向きに移動した距離【m】

だったね。

このとき、加えた力は30N。力の向きに移動した距離は30mだね。計算すると

30× 2=60

となるね。つまり例題1でした仕事は60【J】となるんだ。

ねこ吉

かけ算をするだけだね。意外と簡単!

そうだね。

仕事の単位は【Jジュール】という単位を使うよ、2年生で学習した、熱量や電力量と同じ単位だね。

【J】という単位まで、必ず覚えておこう!

例題2 質量6kgの物体を3m持ち上げたときの仕事はいくらか。

仕事の計算問題

上の図の仕事を求めてみよう。仕事を求める公式は

仕事【J】= 力の大きさ【N】 ×  力の向きに移動した距離【m】

だったね。

ねこ吉

あれ、力の大きさが問題に書いていないよ?

いいところに気がついたね。この問題は力の大きさが書いていなくても答えられるんだ。

なぜなら「100gの物体の質量にかかる重力は1N」というの1年生で学習したよね。覚えているかな?

100gの質量は1Nとして考える。これは必ず覚えておこうね。

さて、もう一度問題を見てみよう。

仕事の計算問題

図の物体は6kgだね。6kgは6000gだから、力になおすと60Nだね。

  • 100g → 1N
  • 1000g → 10N
  • 6000g → 60N 

つまりこの問題は、60Nの力で3m持ち上げた。と考えることができるね!

あとは公式に当てはめるだけだよ!

60× 3=180

答えは180Jだね!

ねこ吉

質量が書いてあるときは、力になおして考えるんだね!

うん。忘れないでね!

例題3 1kgの荷物をじっともつときの仕事はいくらか。

1kgの荷物を持つ

このようなひっかけ問題はよく出題されるから覚えておこう。

これは、荷物をじっと持っているだけだね。つまり、荷物は動いていない。(移動距離0m)式にすると

10 × 0 = 0

となり仕事は0J。全く仕事をしていないことになるんだね。

ねこ吉

荷物を持つと、疲れそうなのに…。

そうだね。どんなに力を入れても、物体が力の向きに動かなければ仕事をしていないんだね!

同じように、下の図のような場合も、仕事は0Jになるから確認しておこう。

力を入れても動かない

仕事率とは

続いては仕事率について考えていこう。

仕事率の考え方は簡単だよ。「仕事をかかった秒数で割るだけ」だね。

仕事率【W】 = 仕事【J】 ÷ 仕事にかかった時間【s】

仕事率の単位は【Wワット】だよ。これは2年生で学習した「電力」と同じ単位だね!

また、「仕事のかかった時間」は「s(秒)」ということも覚えておこう!

仕事率の練習問題

では練習問題を解きながら仕事率の理解を深めていこう。

例題1 下の図の仕事をしたときの仕事率を求めよ。

仕事率の例題1

仕事率を求めるには、まず仕事を求めないといけないね。

3kgの質量は力になおすと30N。つまり

30 × 2 = 60

となり仕事は60Jだね。

さらに仕事率を求めよう。60Jの仕事をするのに、10秒の時間がかかっているね。

仕事率を求めるには、仕事をかかった秒数で割ればいいから

60 ÷ 10 = 6

となり、6Wが答えだね。

例題2 下の図の仕事をしたときの仕事率を求めよ。

仕事率の例題2

例題1と全く同じように解くことができるよ。

まずは仕事を求めよう。。

3kgの質量は力になおすと30N。つまり

30 × 3 = 90

となり仕事は90Jだね。

さらに仕事率を求めよう。90Jの仕事をするのに、20秒の時間がかかっているね。

仕事率を求めるには、仕事をかかった秒数で割ればいいから

90 ÷ 20 = 4.5

となり、4.5Wが答えだね。

仕事の能率

仕事率のW数が多いほど、仕事の能率のうりつが良いと言えるんだ。

先ほどの例題1と2を比べれてみよう。

仕事率の例題1
仕事率の例題2

例題1の仕事率は6W。例題2の仕事は4.5Wだったね。

仕事率の数字が例題1の方が大きいから、仕事の能率は例題1の方が良いと言えるんだね。

仕事が大きければ、仕事率も大きいとは限らないないことに注意しよう!

まとめ

これで「仕事」と「仕事率」についての解説を終わるよ。

仕事【J】= 力の大きさ【N】 ×  力の向きに移動した距離【m】

仕事率【W】 = 仕事【J】 ÷ 仕事にかかった時間【s】

この2つの公式を、しっかりと覚えておこう。

「仕事の原理」に関して詳しく学習したい人は、次のページを見てみてね!

それではみんな、またねー!

ねこ吉

ばいばいー!

さわにいは、登録者7万人の教育YouTuberです。

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また、2022年10月に学習参考書も出版しました。よろしくお願いします。

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この記事を書いた人

東京を拠点に活動する教育フリーランス  専門は理科教育学  所持教員免許は中学と高校の理科  

理科の教材や学習法を研究中!
さまざまな出版社の理科教材や解説を作成してます。

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