静止した床からの抗力や、天井の固定点から吊るした糸の張力など、作用点の動かない力、いわゆる束縛力も仕事をすることができるという筆者の主張1,2)に対し、日本物理学会および日本物理教育学会の理不尽な「岩盤規制」が立ちはだかっている。そのため、「大学の物理教育」や「物理教育」に投稿しても、門前払い同然の回答が返ってくる。しかし、力学の基本原理はニュートンの運動法則である。「岩盤規制」しているその根拠は妥当か否か、ニュートンの運動法則に照らし合わせて考えてみよう。
根拠1. 束縛力は仕事とは無縁の静力学において力のつり合いを説明するために導入された力であり、束縛力が仕事をすることはない。
束縛力は静力学だけでなく、動力学にも登場する。運動の基本法則であるニュートンの三つの法則は作用力とその反作用力を区別していない。また、作用点が動くか否かで力を区別していない。
根拠2. 理化学辞典の仕事の定義は力と作用点の変位の積であり、作用点の変位しない束縛力は仕事をすることはできない。
高校物理教科書には、どの教科書も、力学の章では、仕事は力と物体の移動距離の積として定義されている。物体に力が働き、物体が動けば、力は仕事をする。理化学辞典の仕事は熱力学での仕事であり、力学では外力が系全体の運動に対してする仕事である。
根拠3. 教科書は初心者にも分かり易いように厳密さを犠牲にして記述されている。厳密かつ、唯一の仕事の定義は、理化学辞典の記述である。
言葉を定義する意義は、他の言葉と明確に区別し、 無用な混乱を避けるためである。初心者向けの易しい定義などありえない。理化学辞典の記述が高校生の国語力で理解できないとは思えない。高校生は理化学辞典でなく教科書で物理を学ぶ。大学教員も教科書の記述を参考にして入試問題を作成する。教科書で定義されている仕事は、外力が系の並進運動のみにする仕事であり、理化学辞典で定義されている仕事は、複合運動をしている系の全体運動に対し外力がする仕事である。
根拠4. 車が道路を走ることができるのは道路からの水平抗力が仕事をするからではなく、抗力の力積によって車に運動量が生じるからである。車に仕事をするのは抗力でなく車のエンジンである。
並進運動には運動量が存在するが、同時にエネルギーも存在する。運動量だけでエネルギーを持たない並進運動は存在しない。エンジンが仕事をするのは車の駆動輪の回転運動に対してである。駆動輪が道路から浮いた状態でアクセルを踏んでも駆動輪が回転するだけで並進運動は生じない。しかし、駆動輪が接地していれば、駆動輪は道路から進行方向の抗力を受ける。その抗力は駆動輪の回転運動に負の仕事をして、その分、同時に並進運動に正の仕事をする。
根拠5. 1980年代にアメリカで提唱された一連の論文３）よれば、外力と重心の移動距離との内積はpseudo workであり、real workは力と作用点の移動距離の積でなければならない。
この論文こそが物理学会の岩盤規制のもととなった元凶だが、それらの論文は抗力が仕事をしないことを前提として議論している。その前提はニュートン力学からは導き出さない。さらに、pseudo work説は、抗力は作用点が動かないとして抗力のする仕事を否定しながら、虚の仕事として、それは重心運動のエネルギーの増加に等しいとしている。仕事をするはずのないとして排除された仕事がpseudo workと名前を変えたら仕事をすることになっている。
根拠6. 車はエンジンが仕事をするから走る。道路からの抗力は束縛力であり、それが仕事をするなら、エネルギーの保存則が成り立たない。
車の運動に限らず、抗力は複合運動をなす二つの運動に必ず正と負の一対の仕事として現れるのでエネルギーの保存則に反することはない。 抗力のする仕事を否定すると、系内のエネルギー源が作り出したエネルギーが並進運動に伝達できなくなる。
Ｐseudowork説をはじめ 抗力のする仕事を否定する力学的根拠はすべて破綻している。それでもPseudoworkを呪文のように唱えるだけで、梃子でも動かぬ学会は学術団体と呼べるだろうか。
- 後藤信行：「蜘蛛の糸」仕事をしたのはカンダタの筋力か？ 日本物理学会誌２０１６年2月号談話室
- 後藤信行：吉岡大二郎氏のコメントに対する返答 日本物理学会誌2016年9月号会員の声
- Bruce Arune Sherwood: Pseudowork and real work American Journal of Physics 51,597(1983)
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