図のような, 水平となす角が30°のなめらかな斜面 AC がある。質量40kgの物体を斜面上でゆっくりと AからCまで引き上げた。 重力加速度の大きさを9.8 m/s として,次の各問に答えよ。 (1) 物体を引き上げる力の大きさは何Nか。 (2)Fがした仕事は何か。 (3) 物体にはたらく重力がした仕事は何Jか。 指針 (1) 「ゆっくりと引き上げた」 とは, 力がつりあったままの状態で, 物体を引き上げ たことを意味する。 斜面に平行な方向の力のつ りあいの式を立て,Fの大きさを求める。 (2)(3) W=Fxcose」 を用いる。 解説 (1) 物体にはたらく力は、 図のよ うになる。 斜面に平行な方向の力のつりあいか ら、 F=mgsin30° =40×9.8× 2 =1.96×102N 2.0×102N ③③ N mgsin30° mgcos30° 130° 30° mg A 130° 10m F 基本問題 129 C B (2)物体は,力Fの向きに10m移動しているの で、仕事は, W= (1.96×102 ) ×10=1.96×10°J 2.0×103J (3) 重力と物体が移動する向きとのなす角は 120°である。 重力がする仕事 W' は, W'=(40×9.8)x10xcos120° =-1.96×103J - 2.0×10 J 別解(3) 重力は保存力であり、その仕 事は、重力による位置エネルギーの差から求め られる。 点Aを高さの基準とすると,点Cの高 さは10sin30°=5.0mであり,仕事 W' は, W'=0-mgh=0-40×9.8×5.0 =-1.96×10 J -2.0×10J