일과 위치에너지

소개글

일과 위치에너지에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

양 / 걸린 시간(P = W/t)
(2) 일률의 단위 : W(와트), HP(마력) (일의 단위 W와 일을 나타내는 W는 다른 것임!!）
① 1W : 1초동안에 1J의 일을 하는 일률 (1W = 1J/s = 1N·m/s , 1KW = 1000W
② 1HP : 말 한 마리의 일률(1HP = 735W)
③ 일률은 힘의 크기와 물체의 이동 속력에 비례
(3) 일률과 일 및 시간과의 관계
① 일을 한 시간이 같은 때 : 일의 양 ∝ 일률
② 일의 양이 같을 때 : 시간 ∝ 1/일률
※ 같은 일을 더 짧은 시간에 한 경우도 일률이 크다고 말한다
4. 일과 에너지
(1) 에너지
1) 에너지 : 일을 할 수 있는 능력
2) 에너지의 단위 - 일과 같은 J을 사용
(2) 일과 에너지의 관계
1) 일과 에너지의 관계
① 물체에 일을 해 줄 때 → 물체의 에너지 증가
② 물체가 일을 할 때 → 물체의 에너지 감소
2) 에너지의 단위 : 다른 물체에 대하여 할 수 있는 일의 크기(J)
5. 위치에너지
(1) 위치에너지의 크기
1) 위치에너지 : 기준면 보다 높은 곳에 있는 물체가 지닌 에너지
2) 위치에너지의 크기
① 위치에너지 ∝ 물체의 높이(m)
② 위치에너지 ∝ 물체의 질량(h)⇒ 위치에너지(Ep) ∝ m·h
※ Ep :potential Energy(잠재적에너지)
3) 질량이 m (kg) 인 물체가 높이 h(m)인 곳에 있을 때 이 물체의 위치에너지
Ep = 9.8 · m · h = F · s (J)
(2) 위치에너지의 기준
1) 위치에너지는 기준면에 따라 값이 달라진다.
2) 두 지점의 위치에너지는 두 지점의 높이 차이에 관계
3) 일반적으로 위치에너지의 기준면은 지면으로 함.
(3) 탄성력에 의한 위치에너지
1) 훅(Hook)의 법칙
: 용수철을 늘어나게 할 때 잡아당기는 힘의 크기 F는 용수철의 늘어난 길이에 비례한다.
F = k · x
(k : 탄성계수, 용수철의 재료나 크기에 따라 결정됨)
(x : 늘어난 길이)
2) 탄성력에 의한 위치에너지
: 일 = 힘 × 이동거리 이므로
탄성력에 의한 위치에너지 = k · x × x = ½ k·x2
6. 운동에너지
(1) 운동에너지의 크기
1) 운동에너지 : 운동하고 있는 물체가 가지고 있는 에너지
2) 운동에너지의 크기
① 운동에너지 ∝ (속력)2
② 운동에너지 ∝ 질량⇒ 운동에너지(Ek) ∝ (속력)2 ×질량
※ Ek : kinetic Energy (활동 에너지)
3) 질량이 m(kg)인 물체가 속력 v(m/s)일 때 갖는 운동에너지
Ek = ½m · v2(J)
(2) 운동에너지와 우리 생활
- 속력이 2배로 빨라지면 위험한 정도는 4배가 된다. -> 운동에너지는 속력2에 비례하므로
※ 자동차의 제동거리와 속력의 관계
⇒ 자동차의 속력이 2배, 3배로 증가하면 운동에너지는 4배, 9배로 증가하여 제동거리는 4배, 9배로 커진다
위치 에너지
운동에너지
개념
높은 곳에 있는 물체가 갖는 에너지
운동하는 물체가 갖는 에너지
이용
수력발전, 디딜방아 물레방아
풍차, 요트, 볼링
측정
위치에너지를 갖는 물체가 낙하하면서 다른 물체에 하는 일의 양을 측정
운동 에너지를 가진 물체가 정지하면서 다른 물체에 해주는 일을 측정
크기
물체의 질량(m),높이(h)에 비례
물체의 질량(m)과 물체의 속력(v)의 제곱에 비례
Ep = 9.8mh(J)
Ek= 1/2mv2(J)
7. 역학적에너지의 전환과 보존
(1) 역학적 에너지의 전환
1) 역학적 에너지 : 위치에너지와 운동에너지의 합
2) 역학적 에너지의 전환
① 낙하운동의 역학적 에너지 전환 : 위치에너지 감소, 운동에너지 증가 운동에너지 → 위치에너지
② 연직 상방운동의 역학적 에너지 전환 : 운동에너지 감소, 위치에너지 증가 운동에너지 → 위치에너지
③ 역학적 에너지의 전환 : 위치에너지 ↔ 운동에너지
3) 역학적 에너지 전환의 예 : 롤러코스트, 그네, 번지점프, 진자등
(2) 역학적 에너지의 보존
1) 운동하는 물체의 역학적 에너지 전환
① 물체가 내려갈 때 : 감소한 위치에너지 = 증가한 운동에너지
② 물체가 올라갈 때 : 감소한 운동에너지 = 증가한 위치에너지
2) 낙하물체의 역학적에너지의 보존
:질량m(kg)인물체가높이h1에서 h2 로 떨어질 때
감소한 위치에너지:9.8mh1-9.8mh2
증가한 위치에너지 : ½ mv22- ½ mv12
감소한 위치에너지 = 증가한 위치에너지
9.8mh1- 9.8mh2 = ½ mv22 - ½ mv12
9.8mh1 + ½ mv12 = 9.8mh2 +½ mv22
3) 역학적 에너지 보존의 법칙
\"물체가 운동하는 동안 마찰력이 작용하지 않으면 역학적 에너지는 항상 일정하다.\"
9.8mh1 + ½mv12 = 9.8mh2 +½mv22 = 일정
※ 공기의 저항, 마찰력이 작용하면 역학적 에너지 법칙은 성립하지 않음...
(3) 에너지의 보존
1) 역학적 에너지와 열에너지
① 마찰력에 대하여 일을 하는 경우
발생하는 열에너지 = 감소한 역학적 에너지
② 역학적 에너지 + 열에너지 = 일정
2) 에너지의 보존
① 역학적 에너지가 다른 에너지로 전환되었을 때도 전체 에너지 양은 보존된다.
② 에너지는 전환과정에서 새로 생기거나 없어지는 일은 없다. (에너지 전환 만 가능)
③ 에너지 보존의 법칙 \"에너지는 여러 형태로 전환되지만 그 총합은 항상 일정하다\"
붙임자료!!! 진자의 역학적 에너지
① 위치에너지와 운동에너지의 변화
㉠ A점과 C점 : 위치에너지 최대, 운동에너지 최소
㉡ B점 : Ep 최소, Ek 최대
② 역학적 에너지의 전환(B가 기준면일 때)
㉠ 추가 내려올 때 : A →B, C→B로 추가 내려올 때는 Ep가 Ek로 전환
㉡ 추가 올라갈 때 : B →A, B→C로 추가 올라갈 때는 Ek가 Ep로 전환
③ 역학적 에너지의 보존 : 공기의 저항을 무시하면 추의 위치에 관계없이 역학적 에너지는 일정하게 보존
㉠ A, B, C점의 역학적 에너지 : 일정
㉡ A, C점의 위치에너지 = B 점의 운동에너지