역학적 에너지에서 보존과 비보존
역학적 에너지 보존에서
보존력이면 퍼텐셜 에너지를 변화시키고
비보존력이면 역학적 에너지를 변화시킨다고 했는데
왜 이렇게 되는 것인가요? 보존력이면 퍼텐셜 에너지 뿐만 아니라 운동에너지 또한 변화해야하는 것 아닌가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
역학적 에너지 보존 법칙은
외부에서 일을 하거나 에너지를
주고받지 않는 닫힌 시스템에서
물체의 총 역학적 에너지는 일정하게
유지된다는 법칙입니다.
총 역학적 에너지는 운동 에너지와
퍼텐셜 에너지의 합으로 계산됩니다.
위치, 속도, 방향에 관계없이 물체에 작용하는 힘이 있습니다.
일을 하더라도 역학적 에너지가 변하지 않습니다.
물체의 위치, 속도, 방향에 따라 달라지는 힘과
일을 하면 역학적 에너지가 변합니다.
마찰력, 공기 저항, 장력 등이 예시
보존력이 하는 일은 퍼텐셜
에너지의 변화로 이어짐
높이가 변하면 위치 에너지 변화
스프링 변형 시 탄성 에너지 변화
비보존력이 하는 일은 퍼텐셜 에너지
변화뿐만 아니라 운동 에너지 변화에도 영향을 미칠 수 있음
보존력이 하는 일은 직접적으로
운동 에너지를 변화시키지 않음
퍼텐셜 에너지 변화를 통해 간접적으로 영향을 미칠 수 있음
높이가 증가하면 위치 에너지 증가, 운동 에너지 감소
스프링 변형 시 탄성 에너지 증가, 운동 에너지 감소
비보존력이 하는 일은 운동 에너지 변화에 직접적인 영향을 미침
마찰력: 운동 에너지 감소, 열 에너지 증가
공기 저항: 운동 에너지 감소
중력은 보존력이며,
높이가 감소하면서 위치 에너지가 감소하고,
동시에 운동 에너지가 증가합니다.
땅에 닿기 직전에는 위치 에너지가 0이 되고, 운동 에너지가 최대가 됩니다.
탄성력은 보존력이며, 스프링이 압축되면
탄성 에너지가 증가하고, 동시에 운동 에너지가 감소합니다.
스프링이 팽창하면 탄성 에너지가 감소하고,
동시에 운동 에너지가 증가합니다.
보존력이 하는 일은 퍼텐셜 에너지 변화로 이어지며,
비보존력은 퍼텐셜 에너지 변화뿐만 아니라
운동 에너지 변화에도 영향을 미칠 수 있습니다.
역학적 에너지 보존 법칙은 닫힌
시스템에서만 적용되며,
외부에서 일을 하거나 에너지를 주고받는 경우에는 적용되지 않습니다.
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안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
력이 어떤 역할을 하는지 궁금합니다.
보존력과 비보존력은 물체의 운동에너지와 퍼텐셜 에너지를 변화시키는 역할을 합니다. 보존력은 운동에너지와 퍼텐셜 에너지를 모두 변화시키지 않고 보존하는 역할을 하며 비보존력은 운동에너지와 퍼텐셜 에너지 중 하나를 변화시킵니다.
예를 들어 물체가 높은 곳에서 낙하하면서 운동에너지가 증가하고 퍼텐셜 에너지는 감소합니다. 이때 보존력인 중력이 작용하여 운동에너지와 퍼텐셜 에너지의 합은 변하지 않습니다. 하지만 비보존력인 마찰력이 작용하면 운동에너지가 감소하고 퍼텐셜 에너지는 변화하지 않습니다.
따라서 보존력이면 퍼텐셜 에너지만 변화시키고 비보존력이면 운동에너지만 변화시키는 것이 아니라 물체의 운동에너지와 퍼텐셜 에너지를 모두 변화시키는 역할을 합니다.
그리고 역학적 에너지에서 보존과 비보존력은 물체의 운동 상태를 결정하는 중요한 역할을 합니다. 보존력이 작용하면 물체는 운동을 지속하며 비보존력이 작용하면 물체는 운동을 멈추게 됩니다.
따라서 보존력과 비보존력은 역학적 에너지의 변화를 조절하고 물체의 운동 상태를 결정하는 중요한 역할을 합니다.
제가 살고 있는 세상은 역학적 에너지의 보존과 변화에 의해 움직이고 있습니다. 이를 이해하고 공부하는 것은 우리의 일상 생활에서도 매우 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
역학적 에너지 보존 법칙은 닫힌 시스템에서 적용됩니다. 이는 외부에서 아무런 영향을 받지 않는 시스템을 의미합니다.
보존력이 작용하는 시스템에서, 보존력은 시스템 내의 입자들에게 일정한 작용을 하며, 이로 인해 시스템의 운동이나 위치가 변할 수 있습니다. 그러나 보존력은 시스템 내의 에너지를 전환하거나 소멸시키지 않습니다. 따라서 보존력 아래에서는 퍼텐셜 에너지와 운동 에너지가 서로 변환되지만, 그 총합은 변하지 않습니다. 이는 역학적 에너지 보존 법칙의 기본 원리입니다.
비보존력이 작용하는 시스템에서는 외부에서 추가적인 에너지가 시스템에 가해집니다. 이 경우 시스템의 역학적 에너지는 변화할 수 있습니다. 외부에서 일하는 비보존력은 시스템의 운동 에너지나 퍼텐셜 에너지를 변화시킬 수 있습니다.
안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.
중력도 일종의 보존력이고 전자기력도 일종의 보존력입니다. 이런경우 만유인력상수 G, 클롱상수 k 등 상수자체가 완전 정해져있는데요. 이는 보존력이 오직 위치 즉 포텐셜에 의해서만 달라지고 그 자체는 상수로 정해져 있는거죠.
감사합니다.
