Transcript 일과 에너지
<학습 목표> • 등가속도 운동에서 일∙운동 에너지 정리를 이해 한다. • 역학적 에너지 보존 법칙을 설명할 수 있다. 들어가기 일을 하고 있는 사람은 누구일까? <생각해 보기> - 에너지를 소비하는 경우는 어느 것인가? ☞ 네 경우 모두 에너지를 소비한다. - 물리학적인 의미의 일을 하는 경우는 어느 것 인가? ☞ 물건을 들어 올린 경우와 수레를 밀고 가는 경우이다. 일과 에너지 살펴보기 일에 대하여 알아보자. <미니탐구> 책 들어 옮기기 1. 무거운 책을 천천히 들어 올리는 동안 책에 작용하는 힘을 말해 보자. 2. 무거운 책을 들고 일정한 속력으로 천천히 걸어가는 동안 책에 작용하는 힘을 말해 보자. ▲ 책 들어 올리기 ▲ 책 들고 걷기 일과 에너지 살펴보기 일에 대하여 알아보자. <미니탐구> 책 들어 옮기기 ◈책을 들어 올리는 동안이나 책을 들고 걸어가는 동안 책을 드는 힘의 방향과 책의 운동 방향은 어떤 관계가 있는가? ☞ 책을 드는 힘의 방향은 중력의 방향과 반대 방향이므로 책을 들어 올리는 동안 은 힘의 방향과 운동 방향이 같고, 책을 들고 걸어가는 동안은 힘의 방향과 운동 방향이 수직이다. ◈두 경우 모두 일을 한 것인가? 물리학적인 의미의 일은 어떻게 정의 하면 좋을지 생각해 보자. ☞ 책을 들고 걸어가는 동안은 힘의 방향으로 책이 이동하지 않았으므로 물리학 적인 일을 하지 않았다. 물리학적인 의미에서의 일은 힘이 한 일을 뜻하는데, 힘 이 일을 한 경우는 힘의 방향으로 물체가 이동을 한 경우이다. 일과 에너지 알아보기 일과 에너지 1. 일 (1) 일 : 물체에 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동하였을 때 물체에 작용한 힘이 일을 하였다고 한다. (2) 물체에 크기가 F 인 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 s만큼 이동하 였을 때 힘이 물체에 한 일 W 는 다음과 같다. ▲ 힘과 물체의 이동 방향이 같은 경우 일과 에너지 알아보기 일과 에너지 1. 일 (3) 물체에 크기가 F 인 힘을 수평면과 의 각을 이루며 작용하여 수평 방 향으로 s 만큼 이동하였을 때 힘이 물체에 한 일 W 는 다음과 같다. ▲ 힘과 물체의 이동 방향이 다른 경우 일과 에너지 알아보기 일과 에너지 1. 일 (4) 힘-이동 거리 관계 그래프 : 힘과 이동 거리의 곱이 한 일의 양이므로 힘과 거리의 관계 그래프에서 넓이는 한 일을 나타낸다. ▲ 힘이 일정할 때 ▲ 힘이 일정하지 않을 때 일과 에너지 알아보기 일과 에너지 2. 일∙운동 에너지 정리 (1) 일과 운동 에너지 : 속도 v0 로 운동하는 질량 m인 물체에 운동 방향으로 힘 F 가 작용하여 거리 s 만큼 이동하였을 때 속도가 v가 되는 경우, F s v 2 v02 이다. m 1 1 따라서 거리 s만큼 이동하는 동안 한 일 W Fs mv 2 mv02 이다. 2 2 1 2 mv 이 물체의 운동 에너지이다. 이때 물리량 2 등가속도 직선 운동의 식에서 2as 2 (2) 일·운동 에너지 정리 : 물체에 한 일만큼 물체의 운동 에너지가 변한다. 일과 에너지 알아보기 일과 에너지 3. 중력에 의한 퍼텐셜 에너지(위치 에너지) (1) 물체의 무게와 같은 힘 F 로 질량 m 인 물체를 높이 h 만큼 들어 올리는 동안 물체에 한 일은 w Fh mgh 이며, 이때 물리량 mgh 가 중력에 의 한 퍼텐셜 에너지이다. ▲ 일과 퍼텐셜 에너지 (2) 중력 퍼텐셜 에너지는 기준점에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 일과 에너지 개념 넓히기 역학적 에너지 보존 역학적 에너지 보존 (1) 역학적 에너지 : 물체의 운동 에너 지와 퍼텐셜 에너지의 합 (2) 역학적 에너지 보존 법칙 : 공기 저항이 없을 때 물체의 운동 에너 지와 퍼텐셜 에너지의 합은 항상 일정하게 보존된다. ▲ 중력에 의한 역학적 에너지 보존 일과 에너지 가 하 평 기 개념 1. 무게가 50 N인 물체를 들고 높이가 5 m인 계단을 올 라가면 사람이 물체에 한 일은 얼마인가? ☞ “사람이 물체에 한 일 = 사람이 물체에 작용한 힘ⅹ물체의 위치 변화”이고, 사람이 물체에 가한 힘의 방향과 물체의 이 동 방향이 나란하므로 50 N X 4 m = 250 J 이다 2. 물체에 작용하는 힘(합력)이 한 일은 무엇과 같은가? ☞ 물체의 에너지 변화량과 같다. 일과 에너지 가 하 평 기 창의 3. 움직 도르래를 사용하면 무거운 물체도 작은 힘으로 들어 올릴수 있다. 같은 물체를 동일한 높이까지 들 어 올릴 때 움직 도르래를 사용하면, 움직 도르래를 사용하지 않을 때보다 한 일의 양이 작아지는가? ☞ 움직 도르래를 사용하면 사용하지 않을 때보다 힘의 크기가 더 작아지지만 한 일의 양은 변함이 없다. 일과 에너지