スケート選手に働く垂直抗力がした仕事は0である理由 | 物理の基本

中学3年生の理科で登場する「垂直抗力」とその「仕事」について理解することは、物理学を学ぶうえで非常に重要です。この質問では、スケート選手に働く垂直抗力がした仕事が0である理由について解説します。ここでは、物理学の基本的な概念である「力」と「仕事」の関係について触れていきます。

力と仕事の基本的な概念

まず、物理学における「仕事」の定義について理解することが大切です。仕事とは、力が物体を動かすときに、その物体にエネルギーが加わる現象を指します。仕事は、力が物体に作用した距離とその力の大きさによって計算できます。具体的には、次の式で表されます。

W = F × d × cos(θ)

ここで、Wは仕事、Fは力、dは物体が移動した距離、θは力の向きと物体の移動方向との角度です。力が物体を動かす方向と同じ向きに移動する場合、θは0度になり、cos(0)は1なので、力が働く距離に比例して仕事が発生します。

スケート選手と垂直抗力

次に、スケート選手に働く「垂直抗力」について考えます。スケート選手は氷の上を滑っていますが、その際に氷の表面から垂直方向に力（垂直抗力）が働きます。これは、選手の体重を支える力であり、地球の重力によって引き寄せられる力に対抗するものです。

垂直抗力がした仕事が0である理由

スケート選手に働く垂直抗力がした仕事が0である理由は、この力が物体を移動させる方向と垂直であり、選手の移動方向と一致しないからです。垂直抗力は、選手が氷上を前進する際には水平方向に働く力ではなく、選手を上に押し上げるだけです。このため、垂直抗力が選手を前進させることはなく、したがって、垂直抗力が行う仕事は0になります。

仕事が0である理由のまとめ

「垂直抗力がした仕事が0である」とは、物理的に言えば、垂直抗力が選手を前に動かす方向には働かないためです。垂直抗力は選手を上下に支えるだけであり、その力は前進するためのエネルギーには関与していません。物理学の視点から見ると、力と移動方向が一致しない場合、仕事はゼロとなるのです。