중3과학 위치에너지가 일의 전환 문제풀이

운동에너지가 일의 전환에 대한 문제풀이는 올렸습니다. 학생들이 어려워하는데요? 어떠세요?? 정말로 어렵나요??

2023.06.07 - [중등과학문제] - 중3과학 운동에너지가 일의 전환 문제 풀이

중3과학 운동에너지가 일의 전환 문제 풀이

순서대로 올렸으니까, 차근차근 따라오시면 큰 어려움은 없을 거예요^^

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운동에너지가 나왔으니까, 위치에너지가 일의 전환에 대한 문제도 볼까요??

1. 위치에너지가 일의 전환

위치에너지는 높은 곳에 있는 물체가 가지는 에너지이죠. 구하는 공식은 다음과 같아요^^

위치에너지 공식

 

알고 있죠?? 위치에너지 공식을 보시면 위치에너지는 질량에 비례하고, 높이에 비례해요. 따라서 질량이 증가하면 위치에너지도 증가하고, 높이가 증가하면 위치에너지도 증가해요^^ 이해되시죠?? 

문제를 볼까요??

 

 

2. 위치에너지가 일의 전환 문제 풀이(추의 질량이 증가할 때)

위치에너지가 일의 전환 문제

 

한 여자 청소년이 2kg의 추를 들어 올리고 있네요. 그럼, 추는 높은 곳에 있으니까, 위치에너지를 가지고 있죠? 그리고 밧줄을 놓으면 추가 떨어지겠죠? 위치에너지는 떨어지는 추의 일로 전환이 되는 것입니다. 이해가 되시죠??

추가 떨어지면 지면에 말뚝을 박으면서 말뚝이 땅 속으로 들어가겠죠? 여기서 말뚝은 왜 땅속을 들어갈까요? 생각할 수 있죠? 바로 추가 떨어지면서 추의 위치에너지가 말뚝을 박는 일로 전환이 되고 있다는 것을~~

추가 떨어지면서 말뚝이 1m 들어갔다고 해요~

 

추가 떨어지면서 말뚝이 땅속으로 1m 들어갔다고 합시다. 추가 떨어지면서 말뚝을 박았는데, 1m 들어갔다는 것이죠. 그럼, 추의 위치에너지가 10J 일 때 1m 들어갔다면, 위치에너지가 2배가 되면 말뚝을 몇 m 들어갈까요? 2m가 되겠죠? 

왜? 추의 위치에너지가 말뚝을 박는 일로 전환이 되므로, 위치에너지가 증가하면 말뚝을 박는 일도 증가하기 때문이죠. 이해가 되시죠? 

추의 위치에너지를 어떻게 하면 증가할까요? 첫 번째 방법이 추의 질량을 증가시키는 것이죠. 지금 추의 질량이 2kg인데, 4kg로 증가하면 위치에너지도 2배 증가하겠죠? 

 

따라서, 추의 질량이 2배, 3배 증가하면 위치에너지도 2배, 3배 증가하고, 말뚝이 박히는 일도 2배, 3배 증가합니다. 말뚝이 박히는 일에서 말뚝과 지면과의 마찰력은 일정합니다. 왜? 추의 질량만 변화를 했기 때문이죠. 말뚝은 처음하고 변한 것이 없으므로 마찰력(힘)이 일정하므로 이동거리만 증가하게 되는 것입니다. 이해가 되시나요?

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3. 추의 위치에너지가 일의 전환 문제풀이(높이가 증가할 때)

이번에는 추의 높이를 증가시키면 어떻게 될까요?

추가 떨어지면서 말뚝이 1m 들어갔다고 해요~

 

그림에서 추의 높이가 1m 이죠? 높이를 2m로 한다면 추의 위치에너지는 어떻게 되죠? 증가하죠? 그럼 말뚝이 박히는 일도 증가하네요. 힘과 이동거리 중에서 증가하는 것은 이동거리이죠. 힘은 일정하다고 했습니다. 

 

따라서 추의 높이가 2배, 3배 증가하면 위치에너지도 2배, 3배 증가하므로 말뚝이 박히는 일도 2배, 3배 증가해요. 힘은 일정하므로 말뚝이 박히는 거리가 2배, 3배 증가하게 됩니다. 이해가 되시나요??

 

 

4. 추의 위치에너지가 일의 전환 문제풀이(질량과 높이 둘 다 증가할 때)

이번에는 추의 질량과 높이를 각각 2배씩 하면 어떻게 될까요?

추가 떨어지면서 말뚝이 1m 들어갔다고 해요~

 

질량이 2배가 되고, 높이도 2배가 되면, 위치에너지는 각각 2배씩이니 총 4배가 됩니다.

위치에너지 공식

 

공식에서 질량이 2배가 되고, 높이가 2배가 되면 위치에너지는 질량 X 높이에 비례하므로 4배가 되죠?? 이해되시죠??

그럼 처음보다 말뚝이 박히는 거리도 4배가 되죠.

 

 

어떠세요?? 생각보다 어렵지 않죠?? 천천히 읽어보시면 이해가 될 것라고 믿어요~~

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