역학적 에너지 보존

Conservation of mechanical energy

엔진이 없는 그네나 구슬은 왜 처음 높이만큼만 다시 올라올까요?

무슨 일이 일어났나

역학적 에너지는 위치 에너지와 운동 에너지를 더한 것입니다. 마찰이나 공기 저항이 없으면 이 합은 움직이는 내내 변하지 않습니다.

EIA 는 에너지 보존 법칙을 «에너지는 생기지도 없어지지도 않는다» 고 적습니다. 구슬이 내려가면 위치 에너지가 줄고, 그만큼 운동 에너지가 늘 뿐입니다.

시뮬레이터에서 20 m 언덕을 내려온 구슬은 바닥에서 19.8 m/s 가 되고, 1 kg 당 에너지 칸은 내내 196 J 근처에서 거의 움직이지 않습니다.

실제로는 마찰과 공기 저항이 에너지를 조금씩 열로 바꾸므로, 엔진 없이 다시 오를 수 있는 높이는 처음보다 조금씩 낮아집니다.

💡 생활 속 예시

  • 그네를 한 번 밀어 놓으면 앞뒤로 거의 같은 높이까지 오르내리다가, 공기와 줄 고리의 마찰로 조금씩 낮아집니다.
  • 공을 바닥에 떨어뜨리면 튈 때마다 높이가 낮아지는데, 바닥에 닿을 때마다 에너지 일부가 소리와 열로 빠지기 때문입니다.
  • 자전거로 내리막을 페달 없이 내려가면 빨라지고, 그 기세로 다음 오르막을 어느 정도 올라갈 수 있습니다.

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  • 굴러가던 공이 멈추면 에너지가 사라진 것이다.

    EIA 에 따르면 에너지는 생기지도 없어지지도 않고 다른 꼴로 바뀝니다. 멈춘 공의 에너지는 마찰로 생긴 열과 소리로 옮겨 갔습니다. 출처

누가 왜 찾았나

헤르만 폰 헬름홀츠는 1847 년 7 월 23 일 베를린 물리학회 모임에서 «힘의 보존에 대하여(Über die Erhaltung der Kraft)» 를 발표했습니다. 여기서 «힘(Kraft)» 은 오늘날 에너지라고 부르는 것에 가까운 말로, 제목 그대로 그것이 사라지지 않고 보존된다는 생각을 담았습니다.

확인된 값

에너지 보존 법칙 — 생기지도 없어지지도 않는다 (미국 에너지정보청)
E = 일정 J 출처
헬름홀츠가 «힘(에너지)의 보존에 대하여» 를 베를린 물리학회에서 발표한 해
1847 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 운동과 에너지 [9과19-04]
  • 한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-04]
  • 일본 · 中学校 第1分野 (5) 運動とエネルギー

출처

이어서 보기

같은 단원 · 일과 에너지

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