1150【力学的エネルギー4】仕事とエネルギー(4) 仕事率
前回の仕事の原理では、道具を使ったところで、仕事を得することができないことがわかりました。
にもかかわらず、どうして私たちは道具を使うのでしょうか。
仕事は得しないけど、小さい力で済ませることができたり、力の向きを変えたりできるからですね。
そうすることによって、現実的にできないことができるようになったり、できることでもより簡単にできるようになるからですね。
同じ仕事が楽にできるということは、短時間で仕事ができる、といういいかたもありそうです。
で、この「時間」という要素は、結構重要です。
速さ＝距離÷時間 という公式はおなじみですね。
速さは、一定の時間に進んだ距離を表します。一定の距離を短い時間で進むことができれば、それは「速い」ということです。
んじゃ、ここで「距離」を「仕事」に置き換えて
仕事÷時間 というのはどんなものかイメージしてみましょう。
一定の時間にした仕事の量ということになりそうですが、一定の仕事量を短い時間で進むことができれば、それは「仕事が速い」とか「効率的だ」といいますよね。
この仕事の速さとか効率を仕事率といいます。
仕事率 ＝ 仕事 ÷ 時間
ここで特筆すべきはその単位。仕事はJ(ジュール）、時間はｓ(秒）です。そして仕事率の単位はＷ(ワット)です。
ワット。そう、電力の単位ですね。そして電力とよくごっちゃにされがちな「電力量」の単位がジュールでした。
そういえば、電流による発熱の実験で、電力（Ｗ）に時間（ｓ）をかけて熱量（Ｊ）を求めていたこともあります。
単位ジュール（Ｊ）で表わされるのは、熱量(熱エネルギー)、電力量（電気エネルギー）、などのエネルギーの量で
単位ワット（Ｗ）で表わされるのは、仕事率という割合なのですね。だから電力(英：electric power)とは電気エネルギーの仕事率(英： power)というイメージを持てばよさそうです。
仕事と仕事率のイメージを持ったところで、ちょっくら数字を使って例題をやってみましょう。
例題１ 質量60kgの人が10mの高さの階段を上るのに３０秒かかった。このときのこ仕事率はいくらか。
質量60kgの物体にかかる重力の大きさが約600Nだから、
仕事 ＝ 600N × 10m ＝6000J
仕事率 ＝ 6000J ÷ 30s ＝200W
例題２ ある冷凍食品を電子レンジで温めて食べようと思います。パッケージには「500Ｗの電子レンジで4分」と書かれていました。ところが、今使える電子レンジは600Ｗ専用です。この電子レンジで何分温めればよいでしょうか。（レンジの加熱ムラとかは考えないものとします）
温める熱量 ＝ 500Ｗ × 240ｓ ＝120000J
加熱時間 ＝ 120000J ÷ 600Ｗ ＝200ｓ (3分20秒)
ところで1馬力、2馬力という「馬力」は、仕事率の単位です。
文字通り馬を基準にしたもので、日本では普通は馬力というと英馬力（ＨＰ；１ＨＰ＝746Ｗ）をさしますが、計量法第６条によると内燃機関に関する取引又は証明などでは仏馬力（ＰＳ；１ＰＳ＝735.5Ｗ）を使うことも許されています。