中学理科 / 物理分野
Unit 14
仕事とエネルギー
物理でいう「仕事」は日常の「仕事」とは少し違う。
力×距離の仕事から、エネルギー変換の法則まで学ぼう。
💪 仕事（J）⚡ 仕事率（W）🔋 エネルギー保存
1
仕事
物理では「仕事」に特別な意味がある。力を加えてその方向に物体を動かしたときだけ「仕事をした」という。
FORMULA — 仕事の公式
仕事（J）= 力（N）× 力の方向の移動距離（m）
力の向きと運動の向きが垂直のとき、仕事 = 0（例：本を持ったまま水平に歩く）
🧮 計算例
10 N の力で物体を力の向きに 3 m 動かした仕事は？
仕事 = 10 N × 3 m = 30 J
🔑 POINT — 仕事の原理
道具（滑車・斜面など）を使っても、仕事の総量は変わらない。力は小さくなるが距離が長くなり、結果的に仕事量は同じ——これを仕事の原理という。
2
仕事率
単位時間あたりの仕事の量を仕事率という。単位はワット（W）。
FORMULA — 仕事率
仕事率（W）= 仕事（J）÷ 時間（s）
1 W = 1 J/s。電球 60 W は毎秒 60 J のエネルギーを使う
3
エネルギーの種類と保存
物体が他の物体に仕事をする能力をエネルギーという。エネルギーは形を変えるが、総量は変わらない（エネルギー保存の法則）。
図1：振り子では位置エネルギーと運動エネルギーが交互に変換される。合計（力学的エネルギー）は一定。
⚡ エネルギーの種類まとめ
| エネルギーの種類 | 公式（中学レベル） | 例 |
|---|---|---|
| 重力による位置エネルギー | E = mgh（m:質量・g:9.8・h:高さ） | 高い場所にある物体 |
| 運動エネルギー | E = ½mv²（v:速さ） | 動いている物体 |
| 弾性エネルギー | — | 縮んだばね |
| 熱エネルギー | — | 摩擦で発生する熱 |
| 電気エネルギー | E = Pt（P:電力・t:時間） | 電池・発電機 |
✅ この単元のまとめ
- 仕事（J）= 力（N）× 移動距離（m）（力の向きと移動方向が同じ場合）
- 力の向きと移動が垂直の場合は仕事 = 0
- 仕事の原理：道具を使っても仕事の総量は変わらない
- 仕事率（W）= 仕事（J）÷ 時間（s）
- 位置エネルギー・運動エネルギーは互いに変換される
- エネルギー保存の法則：エネルギーの総量は変わらない
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