質問: 水平面から30度をなす摩擦のある斜面上に、質量2.0kgの物体を置いたところ、物体は斜面に沿って4.0m滑り落ちた。このとき、重力がした仕事、動摩擦力がした仕事、および垂直抗力がした仕事を求めよ。ただし、物体と斜面との間の動摩擦係数を0.10重力加速度を9.8m/sへ2とする。 この問題の途中式などを入れたかいせつをお願いしたいです。
回答: 仕事は力*移動距離で求めることができます。但し、力の方向と移動方向が同じとき、仕事は正の値、方向が逆のときは負の値をとることを忘れてはなりません。 これに従えば、重力のした仕事は 重力の斜面に平行な成分*移動距離 であり、動摩擦力のした仕事は -動摩擦力*移動距離 となります。動摩擦力は 垂直抗力*動摩擦係数 で与えられます。また、垂直抗力は「重力の斜面に垂直な成分」の反作用ですから、その大きさは「重力の斜面に垂直な成分」と等しく、その方向は逆方向となります。 垂直抗力は斜面に垂直な力で、物体は斜面に垂直な方向には移動していないので、一番初めの式において移動距離はゼロとなります。従って垂直抗力のした仕事はゼロです。