仕事率
仕事率とは
「仕事」を求めることができるようになれば、ようやく「仕事率」について考えることができます。仕事率とは、単位時間あたりにする仕事の大きさのことを言います。
一般的にはここで言う「単位時間」とは１秒を指すとされています。仕事率を求める公式は以下の通りです。
単位
仕事率の単位はＷ（ワット）が使用されるのが一般的ですが、公式をより忠実に表現する意味でＪ/ｓ（ジュール毎秒）という表記がされることもしばしばですので、混乱しないようにしましょう。
また、秒のことをｓという単位で表す点にも注意しましょう。
ここで大切なことは、仕事「率」という名の通り、どれだけの効率で仕事をすることができたのか、仕事のペースはどの程度のものなのか、ということを測るための指針が「仕事率」であると理解することです。
公式を暗記するだけではいずれ忘れてしまいますので、何故仕事率などというものを考えなければならないのか、という点について、しっかりと理由付けをして頭の中に刻み込みましょう。
仕事率を求める問題１
①モーターＡを使用すると８秒かかった。
②モーターＢを使用すると１０秒かかった。
モーターＡとＢで、どちらの仕事率の方が大きいか、また、そのときの仕事率を求めなさい。なお、１００ｇの物体にはたらく重力の大きさを１Ｎとする。
解法とポイント
まず、仕事に関する問題ですので、物質の質量に関して、単位が㎏のままではいけません。
このような形で問題においてＮへの換算が誘導されますので、丁寧に変換して準備を整えてから本題に進むようにしましょう。本問では、物体の質量は５㎏ですので、１００ｇ＝１Ｎという条件を利用すると、５０Ｎの力がかかっているということがわかります。
そして、①②のいずれの場合であったとしても、物体に働く力は同じですし、移動させる距離も等しいです。つまり、①と②では時間は確かに異なりますが、「仕事」の大きさは変わらないことが分かります。そこで、仕事の大きさを先に求めておきましょう。仕事の公式を利用すると、
５０（Ｎ）×４（ｍ）＝２００（Ｊ）
という形で求めることができます。
各モーターの仕事率
それでは、それぞれのモーターについて、仕事率を求めてみましょう。
モーターＡ：
２００（Ｊ）／８（ｓ）＝２５（Ｗ）
モーターＢ：
２００（Ｊ）／１０（ｓ）＝２０（Ｗ）
という形でそれぞれの仕事率を求めることができます。
答え
本問ではモーターＡの方が仕事率が大きく、またその仕事率は２５Ｗである、ということになります。
同じ仕事をする場合には、それを短い時間で完了させることができる方が効率が良いと考えることができますので、この解答は納得しやすいのではないでしょうか。
仕事率に関する問題２
仕事率を利用して問題を解くパターンについても触れておきましょう。
問題を解くための準備
まずは先程と同じように、下準備をすることからはじめましょう。
本問では仕事が問われることになりますので、質量１５㎏を換算して、１５０Ｎの力が働いていると理解をしましょう。
そして、次に、この１５０Ｎの力で５ｍの距離を移動させることになりますので、仕事の大きさを求めることもできるでしょう。仕事の公式にあてはめると、
１５０（Ｎ）×５（ｍ）＝７５０（Ｊ）
という形で仕事の大きさを求めることができます。
仕事率の求め方
ここまで完了すると、やっと本題です。【例題１】で導いたモーターＡの仕事率は２５Ｗでした。
この仕事率をもって、７５０Ｊの仕事をするには、どれだけの時間がかかりますか、という問題であると丁寧に読み替えることができますか？まずは、素直に仕事率の公式に代入してみましょう。求める時間をｘとすると、
２５（Ｗ）＝７５０（Ｊ）÷ｘ（ｓ）
という形で表現できるでしょう。これができれば、残りは計算するだけです。
ｘ（ｓ）＝７５０（Ｊ）÷２５（Ｗ）
＝３０（ｓ）
したがって、３０秒というのが答えとなります。
この問題で感じていただけたと思いますが、仕事・仕事率の問題においては、「単位」がかなり厄介となります。
ＪとＷという二つの新規の単位が出現すること、さらにはＷを求めるにはＪが必要であるという関係からも、混乱の種となりやすいです。
そこで、Ｗだけに頼らずＷ＝Ｊ/ｓであると上でご説明しましたが、慣れるまではＪ/ｓの単位を使用することで、まずはＪの単位に慣れ、それがおおよそ完了した際に、Ｗを利用し始めるという方策をとるのも一つの定着の手段であると思われます。
各自、工夫をしながら定着を目指してください。
その他注意事項
この問題でもモーターが使用されていましたが、仕事においては、道具を利用しても、道具を使わずに手で作業がなされたとしても、仕事の大きさは変わりません。このことを「仕事の原理」と言います。言葉だけの問題ですが、しっかり覚えておきましょう。
また、この仕事の原理との関係で、例えば、滑車を使った仕事などが出題されることになります（章を改めてご説明します）
さいごに
夏休みの宿題として、ドリルを４０頁しなければならないとしましょう。これを毎日１頁ずつやって４０日で終わらせるのか、夏休み最後の１日に４０頁を無理矢理終わらせてしまうのか、果たしてどちらの方が良いのでしょうか。
４０÷４０＝１の仕事率
４０÷１＝４０の仕事率
夏休みの宿題をさも仕事率であるかのように捉えた場合には、４０の仕事率の方が効率は良いようにも見えますね。
しかし、実際に二つの夏休みを比較した時に、どちらの方がしっかりと効率よく勉強できていると言えるでしょうか。
今回学習した「仕事率」というものは、あくまでも物理の世界における効率について焦点をあてたものです。
単位に不慣れであるという部分さえクリアすれば、利用する公式も単純ですし、出題される問題もさほど難しいものではありません。だからと言って、テスト前日だけ勉強したとしてもその場限りをやり過ごすだけです。
毎日の積み重ねこそ、学習内容の習得にとって大切なことではないでしょうか。