운동에너지와 위치에너지 사이의 전환

 

 

 

그런데 개상아, 추가 움직이는 것을 관찰하다가 이상한 점을 발견했어. 추가 매달린 실의 길이가 일정하잖아. 그래서 추가 움직일 때 추의 높이가 달라져.

그런데 [운동 에너지와 위치 에너지]에서 배운 바에 의하면 한 물체가 높이 있을수록 더 많은 위치 에너지를 가지지.
그렇다면 A 위치에 있을 때에 비해 B 의 위치에 있을 때 추는 더 많은 위치 에너지를 갖는 거잖아? 그 말은 추가 A 위치에서 C 나 B 위치로 가면서 에너지를 얻은 걸까?

 

아리소옹. 나도 잘 모르겠네.

내가 가르쳐 줄게.
한 물체가 일정양의 에너지를 가지고 있었어. 그 물체가 다른 물체로부터 에너지를 가져오거나 다른 물체에게 에너지를 주지 않았다면 그 물체의 에너지는 변할까?

내가 갖고 있던 걸 주지도 않았고 다른 사람 걸 가져오지도 않았다면 나는 내가 처음 가지고 있던 만큼을 계속 가지고 있겠지.

맞아. 내가 같은 길을 오락가락 하는 진동 운동을 할 때 그런 일이 일어나. 나는 내가 가진 에너지를 운동 에너지와 위치 에너지의 두 형태로 가지고 있어. 내가 진동하는 동안 내가 가진 에너지는 일정한데 처음에 코달이가 말한 것처럼 나의 위치 에너지가 계속 변하고 있어. 그것이 무엇을 말해 주지?

두 개를 더하면 같은 값인데 하나가 변한다면 다른 하나도 따라 변해야겠네.
그렇다면 위치 에너지가 증가하면 그 만큼 운동 에너지는 감소하고, 위치 에너지가 감소하면 그 만큼 운동 에너지는 증가하고.

            ┌─┌─ 5 + 5 = 10
            │   │
            │   │
            │   └→ 4(1↓) + 6(1↑) = 10


            └──→ 7(2↑) + 3(2↓) = 10

 

 

바로 그거야!

그럼 추가 높은 위치에 올라가면 위치 에너지가 커지니까 운동 에너지는 감소한다... 그런데 운동 에너지가 감소한 것을 어떻게 알아보지?

[운동 에너지와 위치 에너지]에서 배운 걸 잘 생각해 봐. 같은 질량의 물체가 더 많은 운동 에너지를 갖게 되면 무엇이 달라지는지.

같은 질량의 물체가 더 많은 운동 에너지를 가지면 더 빨리 움직이지. 즉, 운동 속도가 빨라져.

맞아! 이제 정리해 보자.

 

 

 

 

 

하지만 어느 위치에 있더라도

          위치 에너지 + 운동 에너지 = 일정

 

 

 

 

그런데 시간이 한참 지나면 추가 맨 아래 지점에 서던 걸? 그렇다면 추가 에너지를 잃어 버린 거잖아.

공기 중에서는 그래. 왜냐하면 공기 중에는 공기 입자들이 많이 있고 이것들이 추와 마찰하면서 조금씩 추의 에너지를 빼앗거든. 아무 것도 없는 진공에서 추를 진동시키면 끝도 없이 오락가락하지.

으응. 그렇군.

똑같은 원리가 마찰이 없는 빗면을 롤러 브레이드를 타고 내려 올 때에도 적용돼. 왜 마찰이 없는 빗면이냐구? 그래야 롤러 브레이드가 빗면과 마찰하면서 에너지를 잃어버리지 않거든.

 

 

 

다음과 같은 놀이 기구에 마찰이 없다면 점 A 에서 점 D 로 가면서 기구의 위치 에너지와 운동 에너지가 어떻게 변화하고 있나요?