물체의 위치 에너지

물체의 위치 에너지
쇠구슬, 궤도, 나무토막
1. 물체의 위치에너지에 대해 알아보자
실험 1. 위치에너지
1. 경사면과 무게가 다른 쇠구슬을 준비한다.
2. 경사면 아래에 물체를 놓고 가벼운 구슬을 사면 위에서 굴린다.
3. 물체가 구슬을 맞고 움직인 거리를 측정한다.
4. 무거운 쇠구슬로 같은 실험을 반복한다.
5. 물체가 움직인 거리가 어떻게 달라지는지 알아본다.
움직이는 물체는 일을 할 수 있다. 달리던 자동차가 별에 부딪히면 벽을 무너뜨린다. 이처럼 운동하는 물체가 가지는 에너지를 운동 에너지라고 한다. 무거운 물체일수록, 속력이 빠를수록 운동 에너지가 크다고 말한다.

한편 물체가 위치에 따라 저장하는 에너지를 위치에너지라고 부른다. 위치에너지를 가지고 있는 물체는 일을 할 수 있다. 높은 곳에 위치한 물체나 압축시킨 용수철에 매달린 추, 늘어난 고무줄 따위가 가지는 에너지를 모두 위치에너지라고 부른다.

물체의 위치 에너지 연필을 손에 들어서 마루로 떨어뜨리면 떨어지는 연필의 속력이 빨라진다. 연필의 위치 에너지가 운동 에너지로 바뀐 것이다. 연필을 다시 주워서 책상 위에 다시 올렸을 때는 자신의 에너지를 이용하여 일을 하여 연필을 들어올린 것이다
특히 높은 곳에 위치한 물체가 가지는 위치에너지를 중력 위치에너지라고도 부른다. 이때 높이 있는 물체가 갖는 위치에너지는 물체는 중력과 반대방향으로 들어올릴 때 한 일의 양과 같다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
E(위치에너지)=W(들어올릴 때 한 일의 양)= F(힘)* h(높이)
그런데 이 물체에 작용하는 힘은 외부의 다른 힘이 가해지지 않을 때 중력뿐이므로,
F=mg
이를 위 식에 대입하면 위치에너지 E=F*d=mgh라는 식을 얻을 수 있다.
이 식을 보면 위치에너지의 양은 물체의 질량과 높이에 따라서 변화한다. 그러므로 위치에너지는 물체가 어떤 경로를 거쳐 그 높이에 도달했는지와는 상관없이 일정하다.
물체의 위치 에너지