How does work...work? - Peter Bohacek

「仕事」の「はたらき」―ピーター・ボアチェック

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

翻訳: Tomoshige Ohno 校正: Masaki Yanagishita

In Physics,

物理学では

the concepts of work and power help us understand

宇宙の様々なことは 仕事と仕事率(パワー)という概念で説明がつき

and explain lots of things in our universe.

我々の理解の助けになります

Let's start with work.

仕事についての話から始めましょう

Positive work is the energy we put into a system,

正の仕事とはある系に与えられるエネルギーであり

and negative work is energy that is transferred out.

負の仕事とは搬出されるエネルギーのことです

Think of positive work as money being added to your bank account,

正の仕事ではお金が銀行口座に預け入れられ

and negative work as money taken out.

負の仕事では引き出されるとお考えください

In the metric system,

メートル法では

work and energy are measured in Joules.

仕事やエネルギーはジュールという単位で表されます

As an example, let's take a beautiful, old, mechanical grandfather clock.

例として 美しい機械式古時計を取り上げましょう

We transfer energy into the clock

ハンドルを使って

when we turn the crank

金属製のシリンダーを巻き上げると

to raise the heavy metal cylinders inside the clock.

エネルギーが時計に与えられます

When we do this, we are doing positive work,

こうすることで 我々は正の仕事をして

adding energy to the clock,

エネルギーを時計に与えます

and that energy is stored as gravitational potential energy.

与えられたエネルギーは 重力位置エネルギーとして蓄えられます

We can calculate the amount of work done by multiplying the force we apply

なされた仕事量は

times the distance over which we apply the force.

力と移動距離を掛け合わせることで求められます

To raise the metal cylinders,

金属製シリンダーを持ち上げるには

we need to apply a force equal to their weight.

その重量に等しいだけの力をかける必要があります

That is, equal to the force of gravity

つまりシリンダーを下向きに引っ張っている

pulling downward on the cylinders.

重力に等しい力です

These cylinders weight 300 Newtons,

シリンダーの重量は300ニュートンで

which is pretty heavy,

幼児と同じくらい重いです

about as much as a small child,

幼児と同じくらい重いです

and if we lift them 1/2 meter,

0.5 m持ち上げると

then we do 300 Newtons

300ニュートン × 0.5 m

times 1/2 meter

300ニュートン × 0.5 m

or 150 Joules of work.

つまり150ジュールの仕事をしたことになります

Power is the rate at which energy is transferred.

仕事率とはエネルギーが転送されるレートです

When we say rate,

レートと言うときには

we mean the amount of energy transferred

単位時間当りに転送される

per unit of time.

エネルギー量を意味します

In the metric system, power is measured in

メートル法では 仕事率は

Joules per second,

ジュール毎秒

もしくはワットの単位で測定されます

or Watts.

The term Watt goes back to James Watt,

ワットという用語の起源は

who came up with the concept of horsepower

仕事率を測定するために 馬力という概念を

to measure the amount of power

使い始めた―

produced by a typical work horse.

ジェームズ・ワットの時代に遡ります

James Watt was a producer of industrial steam engines,

ジェームズ・ワットは産業用蒸気機関の開発者であり

and he wanted his potential customers

将来の顧客が 蒸気機関の仕事率（パワー）を

to be able to make comparisons

当時一般的だった馬車馬のパワーと

between his steam engines and a familiar quanity,

当時一般的だった馬車馬のパワーと

the power they could get from a working horse.

比較できるようにすることを考えました

It was such a useful idea

そのアイデアはとても有用だったので

that the metric system unit for power, the Watt,

メートル法における仕事率の単位は

is named after James Watt.

ジェームズ・ワットにちなんで名付けられたのです

Following in James Watt's footsteps,

ジェームズ・ワットにならって

let's compare the amount of power it takes

この振り子時計を動かすのに必要な仕事率を

to run this grandfather clock

この振り子時計を動かすのに必要な仕事率を

to the power we'd need to run

明るい100ワットの電球を

a bright, 100-Watt light bulb.

動かすのに必要な仕事率と比べてみましょう

We can measure the power a person uses

時計の重りを巻き上げるときの仕事率は

to wind the clock

時計の重りを巻き上げるときの仕事率は

by dividing the amount of work they did

与えた仕事を

by the time it took them to do it.

かかった時間で割って求められます

If it takes 1 minute, or 60 seconds,

重りを持ち上げるのに

to lift the weights,

１分 つまり60秒かかったなら

then they are doing 150 Joules

150ジュール 割ることの 60秒

divided by 60 seconds,

150ジュール 割ることの 60秒

or 2.5 Joules per second of work.

つまり１秒あたりの仕事は 2.5ジュールになります

They are adding energy to the clock

時計に与えられる毎秒のエネルギーは

in the rate of 2.5 Watts.

2.5ワットです

You would need about 40 times as much

100ワットの電球を灯すためには

to run a bright, 100-Watt light bulb.

その40倍が必要となります

Before we let the clock run,

時計を動かし始める前は

the energy is stored

エネルギーはシリンダーの

as gravitational potential energy of the cylinders.

重力位置エネルギーとして蓄えられます

It's like your bank account

貯金した銀行口座のようなものです

when you have just deposited money.

貯金した銀行口座のようなものです

But if we let the clock run,

しかし時計を動かし始めると

the cylinders slowly move downward.

シリンダーは徐々に下方に動き

Energy is leaving the clock.

エネルギーは時計から去って行きます

In fact, when the cylinders get to the bottom,

実際 シリンダーが一番下まで来たときには

all the energy that we put in will have left.

与えたエネルギーは全て無くなってしまいます

So how much power does the clock use?

ではこの時計はどれだけのパワーで動くのでしょう？

That is, how many Joules of energy per second leave the clock

つまり シリンダーが元の位置に戻るまでに ５日かかったとしたら

if it takes 5 days for the cylinders to return to their original position?

１秒あたり何ジュールのエネルギーが 時計から無くなっているのでしょう？

We can figure this out

これは計算可能です

because we already know how much work we did

シリンダーを持ち上げたときにした仕事量は

when we lifted the cylinders:

150ジュールだと既に分かっているからです

150 Joules.

150ジュールだと既に分かっているからです

But this time, it took 5 days rather than a minute.

しかし今回は １分ではなく５日かかりました

Five days is 5 times 24

５日は 秒に換算すると

times 60

5 × 24 × 60 × 60

times 60 again

5 × 24 × 60 × 60

or 432,000 seconds.

つまり 432,000秒です

So we divide the work done by the time

仕事をこの時間で割ることで

and find the answer of about 0.00035 Joules per second,

毎秒0.00035ジュール つまり—

or about 0.35 milliwatts.

0.35ミリワットという答えが導かれます

That's a tiny amount of power.

とても小さな仕事率です

This clock uses so little power

この時計の使うパワーは小さいので

that you could run almost 300,000 clocks

１つの100ワット電球を灯す分のパワーで

using the same power it takes to run one 100-Watt light bulb.

ほぼ30万個の時計を動かすことができます

That's right, you could run a clock in every house

そうです その程度のパワーで

in a medium sized city with that much power.

中規模都市の全家庭で時計を動かせるのです

That's a pretty amazing conclusion

実に驚くべき結論ですが

and it took knowledge of work

これを理解するには

and power to figure it out.

仕事と仕事率（パワー）に関する知識が必要でした