[자연과학] 일반물리학 실험 - 역학적 에너지 보존 실험

역학적 에너지 보존 실험목적 마찰이 없는 에어트랙에서 물체가 경사면을 따라 내려갈 때 역학적 에너지가 보존되는지 실험을 통해 확인한다. 관련이론 역학적 에너지 보존 중력과 같이 서로 떨어져 있는 물체 사이에 작용하는 힘을 이해하는 방법으로 한 물체 주위의 공간에 형성된 gravitational field를 생각하고, 이 field가 다른 물체에 힘을 미치는 것으로 생각한다. 또, 힘을 받은 물체는 가속운동을 하므로 그 운동 속력과 운동에너지가 증가한다. 외력이 가해지는 경우에는 그 외력이 일을 하는 것으로 역학적 에너지의 증가를 이해할 수 있지만, 중력 마당에 의한 물체의 가속운동은 gravitational field 내에서 물체가 갖는 퍼텐셜에너지(potential energy)에 의한 것으로 간주한다. 즉, 퍼텐셜에너지는 운동에너지로 바뀔 수 있는, 또는 일을 할 수 있는 능력을 의미한다. 정량적으로는 다음과 같이 퍼텐셜에너지를 정의한다. 중력 (g 는 중력 가속도) (1) 가 가해지고 있는 질량 m 의 물체를 등속도로 움직이기 위해서는 외부에서 이 중력을 상쇄시키는 힘 (2) 를 가해 주어야만 한다. 이 물체를 위치 xo에서 x까지 등속도로 움직이는데 외력이 한 일은 (3) 이다. 등속도로 움직이는 물체의 운동에너지는 변화하지 않으므로, 외력이 한 이 일은 다른 형태의 역학적 에너지를 증가시켜야 한다. 즉, 퍼텐셜에너지를 증가시키며 이때 퍼텐셜에너지의 변화량은 (4) 로 구해진다. 퍼텐셜에너지는 식(4)에서와 같이 변화량이 정의되는 양이기 때문에 절대값은 정해지지 않을뿐더러 큰 의미가 없다. 따라서 편리한 표준 위치(예: 지구 표면)를 택하고, 그 표준 위치에서의 퍼텐셜에너지를 임의의 편리한 값(예: U지구 표면〓 0)으로 정하면, 높이 h 인 곳에서 이 물체의 중력 퍼텐셜에너지는 (5) 가 된다. 이 퍼텐셜에너지를 구하는 과정에서 이미 물체의…
가 된다. 이 퍼… h