중학교 과정에서 가장 어려운 단원을 뽑자면 역학적에너지 전환과 보존 단원입니다. 외울 내용은 많지 않지만 식을 외우고 이를 적용하는 과정이 매우 어렵기 때문이죠. 이번 글에서는 역학적 에너지 한 번에 이해하는 설명을 해보고자 합니다.
역학적에너지 상황 설정
1kg짜리 공이 지면으로부터 10m 높이에 정지해 있습니다. 여기서 우리가 구할 수 있는 것은 위치에너지 입니다. 위치에너지 공식은 9.8mh으로 m은 질량을 h는 높이를 의미합니다. 위치에너지 식에 대입을 하면 98이라는 숫자가 나오고 그 바로 뒤에 J이라는 단위가 붙습니다. J는 줄로 불리우고 열, 역학적, 위치, 운동 등 모든 에너지의 단위 입니다. 공이 10m위 정지해 있으면 움직이지 않기 때문에 운동에너지는 없습니다. 역학적에너지는 그 순간의 물체의 운동에너지와 위치에너지의 합으로 현재 상황은 운동에너지가 없기 때문에 위치에너지가 역학적에너지 입니다.
| E(역학적 에너지)=E(운동)+E(위치) E(위치)=9.8mh ----- m(질량), h(높이) 에너지 단위=J(줄) |
역학적에너지 전환
처음 상황은 공이 10m의 높이에서 정지해 있는 상황이여서 운동에너지를 신경 쓸 일이 없었습니다. 공이 자유낙하를 하여 바닥에 닿기 직전의 상황일 때는 어떨까요. 높이가 0m이기 때문에 위치에너지가 0이 되겠습니다. 역학적에너지는 자유낙하할 때 보존 되기 때문에 공의 위치에너지는 모두 운동에너지로 전환이 됩니다. 그렇기에 98J인 위치에너지가 운동에너지로 모두 전환되 공이 바닥에서 가지는 운동에너지는 98J이 되겠지요. 이것을 이용해서 우리는 바닥에서 공의 속력을 구할 수 있습니다.
역학적에너지 요약 및 포인트
역학적 에너지는 물체의 순간 운동에너지와 위치에너지의 합 입니다. 자유낙하와 같은 보존장에서는 보존되고 운동과 위치에너지가 서로 전환이 됩니다. 이것을 이용해서 각 공식만 외워서 문제를 풀면 이 다음부터는 산수 입니다. 문제를 풀이할 때는 단위를 조심하셔야 됩니다. 숫자만 적으면 이게 무엇에 관한 것인지 알지 못하기 때문입니다. 그렇기에 공식과 단위를 신경 써서 상황을 이해해 풀이를 하면 역학적에너지 전환과 보존에 관련된 문제들은 무조건 풀 수 있습니다.
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