역학적 에너지 보존 법칙

안녕하세요. 며칠 동안 글을 하나도 못 올렸네요~~ 머리가 아픈 관계로 이해를 부탁드립니다.

오늘은 중3 물리파트인 역학적 에너지에 대해서 알아볼게요. 이 파트는 공식이 있어서 대입만 하면 될 것 같지만, 공식을 달달 외우는 것보다는 이론을 좀 더 숙지하고 문제를 보면 더 좋을 것 같아서 이론에 대해서 올립니다.

 

역학적 에너지는 위치에너지와 운동에너지의 합을 말한다. 우리가 공을 하늘위로 던지면 공이 점점 올라가기 때문에 위치에너지는 증가하지만 속력은 점점 느려지기 때문에 운동에너지는 감소하죠. 반대로 공이 아래로 내려올 때는 높이는 점점 낮아지므로 위치에너지는 감소하고, 속력은 점점 증가하기 때문에 운동에너지는 증가하죠. 

역학적 에너지 보존 법칙은 에너지 보존 법칙에서 나왔는데, 공이 올라가면 운동에너지가 위치에너지로, 내려올 때는 위치에너지가 운동에너지로 변하는데, 위치에너지와 운동에너지의 합은 어디서나 변하지 않는다. 그림을 보시면 위치에너지가 감소하는 만큼 운동에너지가 증가하는 것 보이시죠. 이처럼 위치에너지 일부가 운동에너지로 변하는 것 알 수 있습니다.

에너지 보존 법칙이 있습니다. 에너지는 다른 에너지로 변할 뿐 에너지가 생성, 소멸되지 않는다. 법칙인데, 역학적 에너지 보존 법칙도 마찬가지인데, 역학적 에너지의 합을 일정합니다. (공기의 저항이 없다는 가정하에서) 역학적 에너지는 위치에너지와 운동에너지의 합인데, 지면에서 있을 때 역학적 에너지가 10J이라고 합시다. 지면에서 위치 에너지는 0J이죠. 높이가 0이니까요. 그럼 공이 지면에 있을 때 위치에너지는 0J이므로 운동 에너지는 10J이 되죠. (역학적 에너지가 10J이라고 했으니까요) 공이 올라가면 위치 에너지가 증가하죠. 위치에너지가 3J이라면 운동에너지는 7J이 되죠. 즉, 위치에너지의 증가량과 운동 에너지의 감소량이 같다는 것을 알 수 있습니다. 이처럼 운동 에너지 일부가 위치 에너지로 바뀌고 있죠. 이처럼, 공기의 저항이나 마찰이 없다면 에너지는 다른 에너지로 변하는 것이지 생성되거나 소멸되지 않는다. 이것을 역학적 에너지 보존 법칙이라고 합니다. 이해가 되었으면 합니다.

 

간단하게 문제를 보면 1kg의 공이 지면으로부터 10m 높이에 있다. 이 공이 자유낙하을 하면서  5m에 도착했을 때 운동에너지는 얼마인가? 

10m에 있을 때 위치에너지는 9.8X 1kg X 10m = 98J 이죠. 그리고 역학적 에너지도 98J입니다. (왜냐하면, 속력이 0이므로) 그럼 5m에 도착할 때 역학적 에너지도 98J이 되어야 하므로 5m일 때 위치에너지는 9.8X 1kg X 5m = 49J이죠. 위치에너지가 처음보다 49J 작아졌네요. 그럼, 운동 에너지는 감소한 위치 에너지만큼 증가해야 하므로 5m 일 때 운동에너지는 49J이 됩니다. 이렇게 풀어도 되고, 다른 방법은 역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동 에너지 이므로 98J = 5m일 때 위치에너지 + 5m일 때 운동에너지 로 하여도 답은 49J이 나옵니다.

 

최대한 쉽게 설명을 하려고 했는데, 모르겠네요^^ 이해가 되었으면 하고, 모르면 댓글 주세요^^ 

감사합니다.^^