設定:糸の長さ $l = 0.20\;\mathrm{m}$、質量 $m = 5.0\;\mathrm{kg}$、初期角度 $60°$、$g = 9.8\;\mathrm{m/s^2}$。
高さの差の計算:
AからBまでの高さの差 $h$:
$$h = l - l\cos 60° = l(1 - \cos 60°) = 0.20 \times (1 - 0.50) = 0.20 \times 0.50 = 0.10\;\mathrm{m}$$$W_1$(糸が引く力の仕事):
糸の張力は常におもりの運動方向(円弧の接線方向)に垂直です:
$$W_1 = T \cdot s \cdot \cos 90° = 0\;\mathrm{J}$$$W_2$(重力の仕事):
重力 $mg$ は鉛直下向きで、おもりは高さ $h = 0.10$ m だけ下がります:
$$W_2 = mgh = 5.0 \times 9.8 \times 0.10 = 4.9\;\mathrm{J}$$支点Oから位置Aまでの鉛直距離は $l\cos 60° = 0.20 \times \frac{1}{2} = 0.10\;\mathrm{m}$
支点Oから位置B(最下点)までの鉛直距離は $l = 0.20\;\mathrm{m}$
したがって、AとBの高さの差は:
$$h = l - l\cos 60° = 0.20 - 0.10 = 0.10\;\mathrm{m}$$Bを基準水平面にとれば、Aの高さは $h = 0.10\;\mathrm{m}$ です。
力と移動方向が垂直なら仕事 = 0。振り子の糸の張力は常に速度に垂直なので仕事をしない。重力の仕事は高さの差 $h$ で決まり、$W = mgh$(下向き移動で正)。経路によらない。