[자연과학] 물리학 및 실험 - 역학적 에너지 보존

▣ 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 적 에너지 보존의 원리라 한다. 에너지 보존원리는 역학적인 과정에 한해 성립되는 것이며, 운동과 더 불어 다른 …
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