距離の関係

距離の関係

仕事の原理に基づき、道具を用いて必要な力を軽減させた際、その分だけ移動距離が比例して増大する関係

解説

物理学における仕事の原理によれば、どのような道具（滑車、斜面、てこなど）を用いても、物体を特定の高さまで持ち上げるために必要な仕事の総量は変化しません。仕事（J）は「力（N）×力の向きに動かした距離（m）」で算出されるため、道具を使って力を小さくした場合は、その分だけ動かす距離を長くする必要があります。この「力が小さくなる代わりに距離が長くなる」という反比例のような倍率関係を距離の関係と呼びます。

具体的な計算例として、100gのおもりを20gの動滑車を使って持ち上げる場合を考えます。このとき、装置全体の重さは120gとなります。動滑車を1つ使用すると、おもりを支えるひもが2本になるため、引き上げる力は本来の2分の1である60gで済みます。しかし、おもりを10cm持ち上げるためには、2本のひもをそれぞれ10cmずつ、合計20cm引き上げなければなりません。このように、道具を使って力を得しても、最終的なエネルギー消費（仕事量）を減らすことはできないのです。