[물리학 및 실험] 역학적 에너지 보존

소개글

6. 분석 및 토의
역학적 에너지 보존의 여부를 살펴보기 위해 글라이더를 경사진 에어트랙 위에 놓아 중력에 의해 미끄러뜨리는 실험을 수행하였다. 이때 질량과 높이의 변화를 두어 실험함으로써 그 영향과 관계를 살펴보았다.
먼저 첫 번째 포토게이트에서 측정된 운동에너지(1/2mv²) 보다 두 번째 포토게이트에서 측정된 것이 더 큰 것을 확인 할 수 있는데, 이는 그만큼 위치에너지(mgh)가 운동에너지로 전환되었기 때문이다. 이를 이용하여 보존을 가정한 식(m²/2 - m²/2 = mgh)을 세우고 높이를 구해 위와 같이 이론값과 비교하였다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 장치 및 기구
4. 실험 방법
5. 실험결과
6. 분석 및 토의
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
물체가 경사진 면을 미끄러질 때 일어나는 에너지 변환을 체험하면서 그때의 위치에너지의 손실과 운동에너지의 이익이 서로 같아짐을 확인하여 역학적 에너지 보존법칙이 성립함을 알아본다.

2. 이론
역학적 에너지가 서로 전환될 때, 마찰이나 공기의 저항 등으로 손실되는 에너지가 없다면 감소하는 양과 증가하는 양은 항상 같다. 따라서 물체가 가지는 위치에너지와 운동에너지의 합인 역학적 에너지는 일정하게 유지된다는 법칙이다. 이 말을 식으로 정리해보면 아래와 같다.

역학적 에너지 = 위치 에너지 + 운동에너지

어떤 건물의 맨 위층에서 지면까지 낙하하는 야구공의 예를 들어 보자. 지면에서 위치에너지는 0, 운동에너지는 T라고 하고, 최고 높이에서 위치에너지는 V, 운동에너지는 0이라고 하자. 이때 역학적 에너지 보존에 의해 T와 V는 같다. 즉, 지면에서 운동에너지의 형태이던 역학적 에너지가 높이가 높아지면서 점점 위치에너지로 형태를 바꾸어 최고 높이에서는 모두 위치에너지가 된 것이다.
만약 마찰력이 작용한다면 역학적 에너지의 일부가 열에너지, 소리에너지, 빛에너지 등으로 바뀌어 역학적 에너지가 보존되지 않는다. 박수를 칠 때, 움직이던 손이 멈추기 때문에 손의 운동에너지는 사라진다. 그리고 위치에너지가 증가하지도 않는다. 이때 운동에너지는 소리에너지와 열에너지로 전환되어 손뼉소리와 열을 낸다. 이렇게 역학적 에너지가 보존되지 않는 경우에도 에너지의 총량은 일정하게 유지된다.

일반적으로 운동체의 위치에너지와 운동에너지는 서로 전환할 수 있으며, 외부 힘이 작용하지 않는 한 서로 전환하여 그 합은 항상 일정하게 유지된다.

참고 자료

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