역학적 에너지 보존 법칙

역학적 에너지 보존 법칙

 

 

일상생활에서 역학적 에너지는 항상 일정하다

 

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▶ 참고: 에너지 보존 법칙

[ https://ywpop.tistory.com/21728 ]

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▶ 역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동 에너지

 

 

 

▶ 역학적 에너지 보존 법칙

> 마찰이나 공기의 저항이 무시될 때,

물체가 가지고 있는 역학적 에너지는

서로 전환되지만 그 총량은 항상 일정하게 보존된다.

 

> 예를 들어,

처음 높이가 1 m일 때 위치 에너지가 10 J이였다면

이때의 운동 에너지는 0이다.

이 물체가 낙하할 때에는 위치 에너지는 점점 감소하는데

감소한 만큼 정확하게 운동 에너지가 증가하게 된다.

따라서 물체가 낙하할 때에는

항상 위치 에너지는 감소하고 운동 에너지는 증가한다.

이 때문에 물체가 낙하할 때 어떠한 지점에서든

그 물체의 위치 에너지와 운동 에너지의 합,

즉 역학적 에너지는 항상 같다.

 

 

 

▶ 역학적 에너지가 보존되지 않는 경우

> 물체에 공기 저항이나 마찰이 작용하면,

역학적 에너지는 보존되지 않는다.

 

> ‘실제로’ 운동하는 물체에는

마찰이나 저항에 의해 열, 소리 등이 발생하게 된다.

이 경우 물체의 역학적 에너지의 일부가 다른 에너지로 전환되어

역학적 에너지 보존 법칙이 성립되지 않는다.

그러나 이때에도 물체의 에너지가 없어지는 것이 아니라

다른 형태의 에너지로 전환되기 때문에

전체 에너지의 총량은 변하지 않는다.

 

 

 

 

[ 그림 출처: 천재학습백과 ] 역학적 에너지가 보존되는 경우.

마찰을 무시하면, 역학적 에너지는 보존되고,

마찰을 고려하면, 역학적 에너지는 보존되지 않는다.

이런 문제 출제자는 문제 지문에 마찰에 대한 내용을

반드시 언급하고 출제할 것, 제발...

 

 

 

▶ 중력에 의한 역학적 에너지 보존

> 물체의 역학적 에너지는

외부에서 일을 받으면 그만큼 증가하고

외부에 일을 하면 그만큼 감소한다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/5134 )

 

 

 

 

 

위치 에너지와 운동 에너지

> 위치 에너지와 운동 에너지는 서로 다르다.

---> 서로 다른 형태의 에너지로 구분된다.

 

 

▶ 위치 에너지. Potential Energy

> 정의: 물체가 특정 위치에 있을 때 가지는 (잠재적인) 에너지

> 예: 중력, 탄성력, 전기력

> 공식(중력): Ep = mgh

 

 

▶ 운동 에너지. Kinetic Energy

> 정의: 물체가 운동할 때 가지는 (실제적인) 에너지

> 공식: Ek = (1/2)mv^2

 

 

▶ 에너지의 전환(변환)

> 위치 에너지는 운동 에너지로,

운동 에너지는 위치 에너지로 상호 전환될 수 있다.

> 예를 들어, 공이 높은 곳에서 떨어질 때,

위치 에너지가 운동 에너지로 변환된다.

 

 

 

 

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