○ 실험 제목
역학적 에너지의 보존
○ 실험 목적
물체가 경사진 면을 미끄러질 때 일어나는 에너지 변환을 체험하면서 그 때의 위치에너지의 손익과 운동에너지의 이익이 서로 같아짐을 확인하여 역학적 에너지 보존법칙이 성립함을 알아본다.
○ 관련이론
이 실험을 하기에 앞서 우리는 운동에너지, 일 에너지 정리, 위치에너지, 역학적에너지 보존에 대한 개념을 알 필요가 있다. 이 개념들을 살펴보자.
먼저 운동에너지와 일 에너지정리를 살펴보면 다음과 같다.
힘이 복잡하게 주어질 경우 뉴턴의 제 2법칙을 사용하여 문제를 푸는 것은 어려울 수 있다. 그 대안은 물체의 속력과 외력이 물체에 한 알짜 일을 연관히키는 것이다. 만약 주어진 변위에 대해 알짜 일을 구할 수 있다면, 물체의 속력을 쉽게 계산할 수 있다.
다음 그림은 질량이 m인 물체가 오른쪽으로 작용하는 일정한 크기의 알짜 힘을 받아 오른쪽으로 진행하는 것을 나타낸 것이다. 힘이 일정하므로 뉴턴의 제 2법칙으로부터 우리는 물체가 등가속도 로 운동함을 알 수 있다. 만약 물체의 변위가라면 이 물체에 한 일은 다음과 같다.
-①
물체가 등가속도 운동을 할 때 다음과 같은 관계식이 적용된다.
또는
위 식을 식①에 대입하면 다음과 같은 식이 얻어진다.
따라서 물체에 한 알짜 일은 형태의 변화량과 같다. 이 형태는 에너지의 단위이고 물체의 속력을 포함하고 있으므로 물체의 운동과 관계된 에너지로 해석할 수 있으며, 다음과 같이 정의한다.
속력 v로 움직이는 질량이 m인 물체의 운동에너지는 다음과 같다.
물체에 한 알짜 일은 물체의 운동 에너지의 변화량과 같다.
여기서 운동 에너지의 변화는 전적으로 물체의 속력의 변화에 의한 것이다.
다음으로 중력에 의한 위치에너지를 알아보자.
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2012.11.29
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