(중력에 의한) 위치 에너지 : 기준면으로부터 높은 곳에 있는 물체가 중력에 의해 갖는 에너지
➞ 일반적으로 말하는 위치 에너지는 중력에 의한 위치 에너지를 말한다.
위치 에너지의 크기 : 질량이 m(kg)인 물체가 기준면으로부터 높이h(m)인 곳에서 갖는 위치 에너지EP(J)는 다음과 같다.
위치 에너지 = 무게 × 높이 = 9.8 × 질량 × 높이,EP= wh = 9.8mh
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①기준면에서 물체의 위치 에너지는 0이다.
②기준면에 따라 위치 에너지의 크기는 다르다.
기준면에 따른 위치 에너지의 예
▶ 지면을 기준면으로 할 때 :EP= 9.8 ×2 × 5 = 98(J)
▶ 베란다를 기준면으로 할 때 :EP= 9.8 × 2 × 2.5 = 49(J)
▶ 옥상을 기준면으로 할 때 :EP= 9.8 × 2 × 0 = 0(J)
➞ 기준면은 편리한 곳에 정할 수 있으며, 보통은 지면을 기준면으로 한다.
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위치 에너지의 크기 측정 : 추의 위치 에너지만큼 나무 도막을 미는 일을 하므로, 나무 도막의 이동 거리를 비교하여 물체의 위치 에너지와 질량, 높이의 관계를 알 수 있다.
▶ 추의 위치 에너지 ∝ 추의 질량 × 추의 높이
추의 위치 에너지 ∝ 나무 도막의 이동 거리
➞추의 질량이 2배이면 나무 도막의 이동 거리도 2배
추의 높이가 4배이면 나무 도막의 이동 거리도 4배
추의 질량과 높이가 각각 2배이면 나무 도막의 이동 거리는 4배
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일 → 위치 에너지로 전환(물체를 들어 올릴 때) : 추에 해 준 일 = 추의 증가한 위치 에너지
위치 에너지 → 일로 전환(물체가 낙하할 때)
추의 위치 에너지 = 말뚝을 박는 일= 말뚝이 받는 마찰력(F) × 말뚝이 박히는 깊이(s)
➞ 9.8 mh = Fs
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위치 에너지의 이용 : 수력 발전, 물레방아, 디딜방아, 널뛰기
위치 에너지의 이용 : 수력 발전, 물레방아, 디딜방아, 널뛰기
탄성력에 의한 위치 에너지는 탄성체가 많이 변형될수록 크다.
➞ 탄성력에 의한 위치 에너지는 A점보다 B점에서 더 크다.
탄성력에 의한 위치 에너지는 탄성체가 늘어나거나 줄어들지 않은 평형점 (O점)을 기준으로 한다.
➞ 평형점에서의 위치 에너지는 0이다.
탄성력에 의한 위치 에너지의 이용 예 : 양궁, 트램펄린, 완력기, 다이빙, 장대높이뛰기, 번지 점프, 고무 동력기, 고무줄 새총
▶ 활의 탄성력에 의한 위치 에너지
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