階段を駆け上がったときの仕事・仕事率は?

高校物理の超簡単な実験シリーズ。仕事や仕事率を求める実験はいろいろありますが、台車などの実験器具を使わずとも、自分の体でやればいいのではないでしょうか。軽く運動することで、した仕事すなわち失ったエネルギーはいくらくらいになるのか、ざっくり知れるだけでも面白いと思います。

まめしば
まめしば

いつものごとく、厳密性なし!

準備

準備物:ものさし、ストップウォッチ(スマホで代用可)

場所は自宅の階段でいいです。学校の先生なら、非常階段などで最上階まで使うと、距離が長くなって面白いです。

自宅の階段なら、ものさしで1段あたりの高さを計り、段数をかけて全体の高さが求まります。学校で非常階段などを使うなら、メジャーで最上階の高さを計るとよいです。

駆け上がろう

階段を上りましょう。時間があれば「ゆっくり」「はやく」「本気ダッシュ」など、スピードを変えて何度か実施します(安全に!)。上り切ったときのタイムを記録しておきましょう。

計算しよう

重力に逆らってした仕事を計算します。体重(質量)を $m$、上った高さを $h$ とすると、その仕事[J]は$$W=mgh$$もし50kgの人が4m駆け上がったら $1960$ J となります。仕事率[W]は仕事をかかった時間で割って求まるので、タイムが10sならば $196$ W となります。

考察しよう

先ほどの例を用いるなら、約2000J の仕事をカロリーに換算すると約480cal です。すなわち0.5 kcal 程度。全然カロリーを消費できていませんね。カロリー消費を意識するなら、もっと長時間運動することが必要です。仕事率は約200 W でした。電子レンジに負けています。電子レンジはすごい。ドライヤーはもっとすごい。

他の実験は:

理科実験集

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まめしば
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