🧩第2弾：「仕事の原理」を使ってみよう！
～スロープ・動滑車・てこを使いこなす！～
👦ゆうと：「あかり、この前“仕事の原理”の話を聞いて、なるほど～と思ったけど…どうやって実際に使うの？」
👧あかり：「いい質問！今日は“力と距離の関係”を、スロープ・動滑車・てこの3つで実際に計算してみよう！」
① スロープで考える「仕事の原理」
👧あかり：「スロープは“力を小さくする代わりに距離をのばす”代表的な道具だね。
たとえば3mの高さに荷物を上げたいとき、8mの斜面を使えば軽い力で運べるよ。」
📘 ポイント
- 仕事＝力×距離
- どんな方法でも、仕事の量（エネルギー）は同じ
🧮実践問題①：スロープを使って持ち上げよう
問題
40kg（＝400N）のお化けカボチャを3mの高さまで持ち上げます。
斜面の長さは8m。摩擦はなし。
① 仕事の量は？
② 引く力は？
解答・解説
① 仕事＝400N×3m＝1200J
② 1200J＝x×8m
→ x＝150N
👧あかり：「力は400N→150Nに小さくなったけど、距離は8mにのびたね！」
👦ゆうと：「“楽だけど長い”ってこういうことなんだ！」
🔹問題①（基礎）
重さ20kg（＝200N）の荷物を、高さ1.5mの台の上に載せます。
斜面の長さが3mのとき、必要な力を求めましょう。
答え：100N
解説：
仕事＝力×距離＝200×1.5
→ 力＝300÷3＝100N
👉 力が半分、距離は2倍。スロープの基本パターン！
🔹問題②（標準）
重さ40kg（＝400N）の荷物を高さ2mの棚に上げます。
斜面の長さが5mのとき、必要な力は？
答え：160N
解説：
仕事＝400×2＝800J
→ 力＝800÷5＝160N
👉 斜面を長くすればするほど、力は小さくなる！
🔹問題③（応用）
重さ60kg（＝600N）の荷物を、長さ10m・高さ2.5mの斜面で引き上げるとき、必要な力を求めましょう。
答え：150N
解説：
仕事＝600×2.5＝1500J
→ 力＝1500÷10＝150N
👉 仕事の原理「力×距離＝一定」で、いつも計算できる！
② 動滑車を使う「仕事の原理」
👧あかり：「動滑車は、荷物といっしょに動く滑車だよ。
2本のロープで荷物を支えるから、引く力は半分になるんだ。」
📘 ポイント
- 力が1/2になる
- 代わりに距離は2倍になる
- 仕事の量は変わらない
🧮実践問題②：動滑車を使って持ち上げよう
問題
4kg（＝40N）の物体を0.5m持ち上げます。
動滑車を使うとき、必要な力と引く距離を求めよう。
解答・解説
① そのまま持ち上げた場合：40N×0.5m＝20J
② 動滑車を使うと：力＝20N、距離＝1m
→ 20N×1m＝20J
👦ゆうと：「力が半分でも、仕事の量は同じなんだ！」
👧あかり：「そう！“2倍動かす”ことでバランスがとれてるの。」
⚙️【動滑車編】～ロープの本数で力が変わる！～
🔹問題①（基礎）
重さ4kg（＝40N）の荷物を動滑車で持ち上げます。
必要な力と、1m持ち上げるためにロープをどれだけ引くかを求めましょう。
答え：力＝20N、距離＝2m
解説：
ロープ2本で支えるから、力は1/2、距離は2倍。
→ 仕事＝20×2＝40J（変わらない）
🔹問題②（標準）
重さ30kg（＝300N）の荷物を動滑車で2m持ち上げます。
① 引く力 ② ロープを引く距離 を求めましょう。
答え：①150N ②4m
解説：
力は半分、距離は2倍。
→ 仕事＝300×2＝600J
→ 150×4＝600J（OK！）
🔹問題③（応用）
重さ90Nの荷物を、動滑車を2つ使って（ロープ4本で支える）持ち上げます。
荷物を1m持ち上げるための力と距離を求めましょう。
答え：力＝22.5N、距離＝4m
解説：
4本で支える→力は1/4、距離は4倍。
→ 90÷4＝22.5N
→ 仕事＝22.5×4＝90J（同じ！）
③ てこを使う「仕事の原理」
👧あかり：「てこは“支点”からの距離を使って力を変える道具。
支点から遠いほど、小さい力で動かせるんだよ。」
📘 ポイント
- 力×力の腕＝重さ×重さの腕
- 力の腕を長くすれば、力を小さくできる
- でも、その分、動かす距離は長くなる
🧮実践問題③：てこで米袋を持ち上げよう
問題
20kg（＝200N）の米袋を、てこで20cm（＝0.2m）持ち上げます。
力の腕は2m、重さの腕は0.5mのとき、必要な力と動かす距離を求めましょう。
解答・解説
① 力×2.0＝200×0.5
→ 力＝50N
② 腕の長さの比＝1：4 ⇒ 距離も4倍
→ 0.2m×4＝0.8m
👧あかり：「力は1/4でOK！でも距離は4倍動かすんだね。」
👦ゆうと：「ほんとだ。“力をへらすと距離がのびる”って、てこも同じなんだ！」
⚖️【てこ編】～支点からの距離で勝負！～
🔹問題①（基礎）
20kg（＝200N）の荷物をてこで持ち上げます。
重さの腕が0.5m、力の腕が2mのとき、必要な力を求めましょう。
答え：50N
解説：
200×0.5＝x×2.0
→ x＝50N
👉 腕が4倍長いから、力は1/4！
🔹問題②（標準）
重さ60kg（＝600N）の荷物を、支点から0.3mの位置に置きます。
力の腕を1.5mにしたとき、必要な力と手を動かす距離を求めましょう。
荷物の上がる高さは10cm（＝0.1m）です。
答え：力＝120N、距離＝0.5m
解説：
600×0.3＝x×1.5 → x＝120N
距離比1：5 → 手の方が0.1×5＝0.5m動く！
🔹問題③（応用）
重さ100kg（＝1000N）の岩を、支点から0.4mの位置に置き、
力の腕を2.0mにして持ち上げます。岩を0.2m上げたいとき、
必要な力と手の動く距離を求めましょう。
答え：力＝200N、距離＝1.0m
解説：
1000×0.4＝x×2.0 → x＝200N
距離比1：5 → 手の方が0.2×5＝1.0m動く！
👉 どんなに重くても、てこの原理で力は5分の1にできる！
④ まとめ：「どんな道具でも仕事は同じ」
| 道具 | 力 | 距離 | 仕事の量 |
|---|---|---|---|
| スロープ（斜面） | 小さくなる | 長くなる | 同じ |
| 動滑車 | 1/2になる | 2倍になる | 同じ |
| てこ | 小さくなる | 長くなる | 同じ |
👧あかり：「道具が変わっても“力×距離＝一定”。これが仕事の原理だよ。」
👦ゆうと：「つまり、楽になるってことは、それだけ長く動かしてるってことか！」
🔥チャレンジ問題（入試レベル）
👧あかり：「さあ、いよいよ入試レベル！スロープ・滑車・てこが“組み合わさった”問題で、仕事の原理をしっかり使えるか試してみよう！」
⚙️チャレンジ① スロープ＋動滑車の組み合わせ
重さ60kg（＝600N）の荷物を、長さ6m・高さ2mのスロープの上に引き上げる。
ただし、動滑車を1つ使って引く。摩擦は考えない。
このとき必要な力を求めよう。
答え：100N
解説：
スロープの傾きで力は 600×(2÷6)=200N
さらに動滑車で半分 → 200÷2＝100N
👉「スロープ＋動滑車」は“2段階の減らし方”でOK！
⚙️チャレンジ② てこ＋動滑車の組み合わせ
重さ100kg（＝1000N）の岩をてこで持ち上げる。
岩の腕0.5m、力の腕2m。さらに、力を加えるところに動滑車をつけて引く。
必要な力を求めよう。
答え：125N
解説：
てこだけなら → 1000×0.5＝x×2 → x＝250N
動滑車で半分 → 250÷2＝125N
👉 てこ＋動滑車の“二段活用”で、力は1/8になる！
⚙️チャレンジ③ スロープ＋てこの組み合わせ
重さ120kg（＝1200N）の荷物を、長さ8m・高さ2mのスロープの上に乗せた後、
支点0.3m、力の腕0.9mのてこで持ち上げる。
スロープを引く力と、てこを押す力を求めよう。
答え：
①スロープを引く力＝300N
②てこを押す力＝100N
解説：
① スロープ：800×(2÷8)=300N
② てこ：300×0.3＝x×0.9 → x＝100N
👉 道具が違っても「力×距離＝一定」で必ず計算できる！
🧠用語の確認（まとめ＆覚える語句）
👧あかり：「最後は“用語”を確認しよう！理科のテストでは、公式だけでなく“用語”も出るからね。」
🔸基本用語チェック
仕事
力を加えて物体を動かしたときにしたこと。力×距離で求める。単位：J（ジュール）
仕事の原理
どんな道具を使っても、仕事の量（力×距離）は同じになるという法則。
てこの原理
力×力の腕＝重さ×重さの腕。腕が長いほど小さい力で動かせる。
動滑車の原理
ロープの本数が多いほど力は小さくなるが、引く距離はその分長くなる。
斜面の原理
斜面を長くするほど、必要な力は小さくなる。
支点
てこの回転の中心となる点。
動滑車
| 荷物と一緒に動く滑車。引く力は半分、距離は2倍になる。 |
定滑車
固定されていて、力の向きを変えるだけの滑車。力の大きさは変わらない。
🔸重要ポイントまとめ
- 「力×距離＝一定」
- 「力を小さくした分、距離がのびる」
- 「道具を変えても、仕事の量は変わらない」
- 「効率」は摩擦などで変わる（次回テーマ！）
👦ゆうと：「なるほど～。全部“力と距離”でつながってるんだ！」
👧あかり：「そう。だから公式を覚えるより、“考え方”をマスターすれば何でも解けるよ！」
💬 まとめ
“楽に動かす”とは、“距離をのばして力をへらす”ということ。
どんな道具でも、自然のルール「力×距離＝一定」を忘れなければ大丈夫！
💡ここだけは絶対押さえろ！
仕事：力 × 距離（単位：J）
仕事の原理：力×距離＝一定
てこの原理：力×力の腕＝重さ×重さの腕
動滑車の原理：ロープの本数が多いほど力は小さくなる（2本なら1/2、3本なら1/3）
斜面の原理：高さが同じなら、斜面が長いほど力は小さくなる
👉 道具が違っても、すべて「力×距離＝一定」でつながっている！
🧾テストではこう出る！
① 計算問題：「力×距離」の関係を使って求める
② 比の問題：「腕の長さの比」「ロープ本数の比」を使って求める
③ 記述問題：「どんな道具を使っても仕事の量は同じ」と説明させる
④ 図の問題：斜面・滑車・てこのどこに力がかかっているかを読み取る
⑤ 単位・用語問題：「仕事」「仕事の原理」「支点」「動滑車」「定滑車」などを確認
👧あかり：「この5パターンが定期テストにも入試にも必ず出るよ！」
👦ゆうと：「“力×距離＝一定”を覚えておけば、どんな問題もへっちゃらだね！」
🍀ひとこと
「仕事の原理」は、“力を小さくする代わりに距離をのばす”という、自然の中のバランスの法則です。
勉強も同じ。すぐに結果を出そうとして近道を探すより、コツコツと続けた努力のほうが確実に力になります。
焦らず、一歩ずつで大丈夫。
その一歩一歩が、君の“学力というエネルギー”になっていくよ。
👩🏫 「がんばることは、ムダにならない」――先生はそれを何度も見てきました。
今日の勉強も、その一歩。よくここまで読んだね、えらいぞ！
