중3과학 위치에너지가 운동에너지로 전환 문제풀이

요즘 기말고사 때문인지 지식인에 많이 물어보고 있습니다. 오늘도 지식인에서 많이 물어보는 문제 한 문제 가져왔습니다. 

급하게 숫자를 적다보니 딱 안 떨어질 수 있습니다. 답보다는 이런 문제를 이렇게 접근해서 풀 수 있다는 것 알고 이해를 했으면 좋겠습니다.

위치에너지가 운동에너지로 전환 문제풀이

 

위치에너지가 운동에너지로

 

질량 2kg인 물체를 5m에서 떨어뜨리다가 2m를 지날 때 1. 물체의 운동에너지는?? 2. 물체의 속력은?? 이렇게 출제를 하는데요, 학생들이 어려운가 봅니다.. 어떻게 푸는지 많이들 물어봐서요~~

 

원리

저 문제의 원리는 현재 물체는 위치에너지만 가지고 있죠? 속력이 0이니까요~ 그 상황에서 떨어집니다. 그러면 높이가 낮아지죠? 그러면서 위치에너지도 낮아집니다. 하지만, 속력은 점점 증가하죠? 그러면 운동에너지도 증가하겠네요? 

 

5m일 때 운동에너지는 0이죠. 근데 떨어지면서 운동에너지가 나타나기 시작했네요. 어디서 나타났을까요? 그것은 위치에너지가 운동에너지로 전환이 된 것이죠. (사실 이 부분은 역학적 에너지 보존법칙을 이용한 부분인데, 교과가 개정이 되면, 위치에너지와 운동에너지는 같이, 역학적 에너지는 따로 분리를 하였네요. 그냥 같이 배우면 훨씬 쉽게 할 수 있는데, 왜 굳디 분리를 했는지 이해가 안 되네요ㅠㅠㅠ)

 

 

 

정리를 하자면 위치에너지가 감소하면서 감소한 만큼 운동에너지로 전환이 된 것이라고 보시면 됩니다. 그 이유는 역학적 에너지 보존 법칙 때문이죠. 역학적 에너지라는 것은 위치에너지와 운동에너지의 합을 말하고, 그 값은 항상 같다는 것이에요. 따라서 가장 높은 때 역학적 에너지는 위치에너지 + 운동에너지인데, 운동에너지가 0 이므로 위치에너지 값만 역학적에너지이고, 가장 아래에 있을 때 역학적에너지는 운동에너지 + 위치에너지인데, 위치에너지가 0이므로 운동에너지 값만 역학적 에너지입니다. 그리고 중간중간에는 위치에너지 + 운동에너지가 역학적에너지인데, 역학적에너지는 항상 일정하므로, 어느 지점이나 같게 됩니다. 

빨간색 역학적에너지, 노란색 운동에너지, 파란색 위치에너지

 

떨어질 때 위치에너지가 감소하면서 운동에너지는 증가하는데, 감소한 위치에너지 양과 증가한 운동에너지의 양이 같다는 것을 알 수 있죠? 이해되시나요?? (이 부분은 2학기에 배우는 것인데.. 미리 적어봤습니다.)

 

 

 

풀이과정

 

위치에너지가 운동에너지로전환

 

2m 일 때 감소한 위치에너지는 구할 수 있나요? 9.8 X 2kg X 3m가 되죠. 이 감소한 위치에너지가 바로 증가한 운동에너지므로, 2m에서 운동에너지가 됩니다. 그리고, 그때 속력은 9.8 X 2kg X 3m = 1/2 X 2kg X V^2으로 하여 속력을 구하시면 되죠.

 

어떠세요?? 이해가 되시나요??

 

 

 

어려운 문제가 아닌데, 굳이 교과과정은 황당하게 개정을 하여 아쉬움이 남네요 ㅠㅠㅠ

이상 위치에너지가 운동에너지 전환에 대한 문제였습니다. 

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