▣ 제 목
- 역학적 에너지 보존
▣ 목 적
① 글라인더(Glinder)가 에어트랙을 통해 내려오면서 운동을 하는데, 이 때 글라인더의 위치에너지가 운
동에너지로 변환되는 것을 실험을 통해 관찰한다.
② 글라인더가 에어트랙을 통해 빗변을 내려가면서 발생하는 위치 차에 따른 총 위치에너지의 변화량과 글라인더가 빗변을 내려가면서 얻어지는 속도 차에 따른 총 운동에너지의 변화량이 동일하며, 이 두
가지 에너지의 합은 항상 일정(Constant)하며, 이에 따라 역학적에너지가 보존됨을 실험을 통해 관찰 한다.
▣ 이 론
먼저 역학적에너지1)에 대해 살펴보자.
역학적에너지는 물체의 운동에너지 + 위치에너지로 표현할 수 있다. 만약 [그림 1]에서 보는 물체에 중
력 이외에 다른 외력(공기마찰 등)이 작용하지 않는다고 가정한다면 물체의 역학적에너지는 항상 보존 된다.
1) 물체를 임의의 높이 h에서 자유낙하시킨다면 물 체의 초기속도()는 0이 된다. 따라서 물체의 운동 에너지(KE)는 0이 된다. 운동에너지가 0이 되지만, 위치에너지는 최대값인 mgh가 된다.
2) 물체가 의 위치에 있을 때, 운동에너지와 위치
에너지는 각각 , 가 된다. 역학적에너지
는 보존되기 때문에 1)과 2)를 비교하면 =
가 성립하게 된다.
3) 물체가 h=0일 때를 살펴보면, 운동에너지와 위치에너지는 각각 , 0이 된다. 마찬가지로 역학적
에너지가 보존되므로 결국, 가 성립하게 된다.
위의 역학적에너지의 개념을 보았듯이 물체가 운동하면서 물체의 운동에너지와 위치에너지는 시간 또
는 위치에 따라 변화한다. 또한 운동하는 물체의 위치에너지와 운동에너지의 합은 일정하게 유지된다. 하지만 공기의 마찰력 등 여러 가지 외력이 작용하지 않는 다는 가정하에서 성립한다. 이 원리를 역학
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2014.05.23
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