역학적 에너지

역학적 에너지 보존 법칙

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

① 물체가 올라갈 때 : 증가한 위치 에너지 = 감소한 운동 에너지

② 물체가 내려올 때 : 감소한 위치 에너지 = 증가한 운동 에너지

낙하하는 물체의 역학적 에너지 보존

 

▶ A점에서 B점으로 떨어질 때

A점의 역학적 에너지 = B점의 역학적 에너지 ➞ 역학적 에너지 : 높이에 관계없이 일정

여러 가지 운동에서의 역학적 에너지 보존

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

역학적 에너지(E) : 위치 에너지(EP)와 운동 에너지(EK)의 합

역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동 에너지, E =EP+ EK

역학적 에너지의 전환

역학적 에너지의 전환 : 물체가 올라가거나 내려올 때 역학적 에너지는 전환된다.

구분	물체가위로 올라갈 때	물체가 아래로내려올 때
위치 에너지	높이 증가 → 위치 에너지 증가	높이 감소 → 위치 에너지 감소
운동 에너지	속력 감소 → 운동 에너지 감소	속력 증가 → 운동 에너지 증가
역학적 에너지 전환	운동 에너지 → 위치 에너지	위치 에너지 → 운동 에너지

①롤러코스터의 운동

구분	A	B	C	D
위치 에너지	최대	감소	최소	증가
운동 에너지	최소	증가	최대	감소
에너지 전환	위치 에너지→ 운동 에너지		운동 에너지 → 위치 에너지
역학적 에너지	일정(마찰이나 공기 저항이 없는 경우)

② 진자, 곡면, 용수철에 의한 운동

구분	A	A → O	O		O → B	B
위치 에너지	최대	감소	최소		증가	최대
운동 에너지	0	증가	최대		감소	0
에너지 전환	위치 에너지→ 운동 에너지			운동 에너지 → 위치 에너지
역학적 에너지	일정

③포물선 운동

구분	A	A → B	B		B → C	C
위치 에너지	0	증가	최대		감소	0
운동 에너지	최대	감소	최소		증가	최대
에너지 전환	운동 에너지 → 위치 에너지			위치 에너지→ 운동 에너지
역학적 에너지	일정

※ B :속력이 최소이나 0이 아님 ➞ 운동 에너지도 0이 아님에 유의!

실제 생활에서의 역학적 에너지 전환

역학적 에너지가 보존될 때의 운동	실제 생활에서의 운동
바닥에서 튀는 공의 높이가 일정하다.	바닥에서 튀는 공의 높이가 점점 낮아진다.
하늘에서 떨어지는 빗방울의 속력이 매우 빠르다.	빗방울의 속력이 떨어지는 높이에 비해 빠르지 않다.
➞ 공기 저항과 마찰이 없다.	➞ 공기 저항과 마찰이 있다.

실제로 역학적 에너지가 보존되지 않는 이유 : 마찰이나 공기 저항이 있어 역학적 에너지의 일부가 열에너지로 전환되기 때문이다.

에너지 보존 법칙

에너지 보존 법칙 : 에너지는 여러 형태로 전환되지만 그 총량은 항상 일정하게 보존된다.

역학적 에너지 + 열에너지(빛에너지, 소리 에너지 등) = 일정

발생한 열에너지 = 처음의 역학적 에너지 - 나중의 역학적 에너지

마찰이 있는 빗면을 내려가는 물체

A에서의 위치 에너지

-

B에서의 운동 에너지

=

열에너지

바닥에서 튀는 공

A에서의 위치 에너지

-

B에서의 운동 에너지

=

열에너지

에너지 전환의 예

구분	에너지 전환
수력 발전	위치 에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지
화력 발전	화학 에너지 → 전기 에너지
원자력 발전	핵에너지 → 열에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지
건전지	화학 에너지 → 전기 에너지
선풍기	전기 에너지 → 운동 에너지
전열기	전기 에너지 → 열에너지