역학적 에너지 보존 법칙 : 마찰이나 공기 저항이 없다면 운동하고 있는 물체의 역학적 에너지는 항상 일정하게 보존된다.
역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동 에너지 = 일정, E =EP+EK= 일정
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① 물체가 올라갈 때 : 증가한 위치 에너지 = 감소한 운동 에너지
② 물체가 내려올 때 : 감소한 위치 에너지 = 증가한 운동 에너지
▶ A점에서 B점으로 떨어질 때
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A점의 역학적 에너지 = B점의 역학적 에너지
➞ 역학적 에너지 : 높이에 관계없이 일정
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곡면에서의 운동
진자의 운동, 반원형 곡면에서의 운동
질량이 같은 물체를 같은 높이에서 같은 속력으로 여러 방향으로 던질 때 바닥에 닿는 순간의 속력
연직 위로 던져진 물체의 최고 높이
역학적 에너지(E) : 위치 에너지(EP)와 운동 에너지(EK)의 합
역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동 에너지, E =EP+ EK
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역학적 에너지의 전환 : 물체가 올라가거나 내려올 때 역학적 에너지는 전환된다.
구분
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물체가위로 올라갈 때
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물체가 아래로내려올 때
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위치 에너지
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높이 증가 → 위치 에너지 증가
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높이 감소 → 위치 에너지 감소
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운동 에너지
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속력 감소 → 운동 에너지 감소
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속력 증가 → 운동 에너지 증가
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역학적 에너지 전환
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운동 에너지 → 위치 에너지
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위치 에너지 → 운동 에너지
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①롤러코스터의 운동
구분
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A
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B
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C
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D
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위치 에너지
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최대
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감소
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최소
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증가
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운동 에너지
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최소
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증가
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최대
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감소
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에너지 전환
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위치 에너지→ 운동 에너지
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운동 에너지 → 위치 에너지
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역학적 에너지
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일정(마찰이나 공기 저항이 없는 경우)
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② 진자, 곡면, 용수철에 의한 운동
구분
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A
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A → O
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O
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O → B
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B
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위치 에너지
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최대
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감소
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최소
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증가
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최대
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운동 에너지
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0
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증가
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최대
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감소
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0
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에너지 전환
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위치 에너지→ 운동 에너지
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운동 에너지 → 위치 에너지
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역학적 에너지
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일정
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③포물선 운동
구분
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A
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A → B
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B
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B → C
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C
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위치 에너지
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0
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증가
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최대
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감소
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0
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운동 에너지
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최대
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감소
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최소
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증가
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최대
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에너지 전환
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운동 에너지 → 위치 에너지
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위치 에너지→ 운동 에너지
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역학적 에너지
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일정
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※ B :속력이 최소이나 0이 아님 ➞ 운동 에너지도 0이 아님에 유의!
역학적 에너지가 보존될 때의 운동
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실제 생활에서의 운동
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바닥에서 튀는 공의 높이가 일정하다.
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바닥에서 튀는 공의 높이가 점점 낮아진다.
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하늘에서 떨어지는 빗방울의 속력이 매우 빠르다.
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빗방울의 속력이 떨어지는 높이에 비해 빠르지 않다.
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➞ 공기 저항과 마찰이 없다.
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➞ 공기 저항과 마찰이 있다.
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실제로 역학적 에너지가 보존되지 않는 이유 : 마찰이나 공기 저항이 있어 역학적 에너지의 일부가 열에너지로 전환되기 때문이다.
에너지 보존 법칙 : 에너지는 여러 형태로 전환되지만 그 총량은 항상 일정하게 보존된다.
역학적 에너지 + 열에너지(빛에너지, 소리 에너지 등) = 일정
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발생한 열에너지 = 처음의 역학적 에너지 - 나중의 역학적 에너지
마찰이 있는 빗면을 내려가는 물체
A에서의 위치 에너지
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-
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B에서의 운동 에너지
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=
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열에너지
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바닥에서 튀는 공
A에서의 위치 에너지
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-
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B에서의 운동 에너지
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=
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열에너지
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구분
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에너지 전환
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수력 발전
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위치 에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지
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화력 발전
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화학 에너지 → 전기 에너지
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원자력 발전
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핵에너지 → 열에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지
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건전지
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화학 에너지 → 전기 에너지
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선풍기
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전기 에너지 → 운동 에너지
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전열기
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전기 에너지 → 열에너지
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