중력에 대해 해준일

 

위치 에너지

: 물체의 위치나 상태에 의해 결정되는 에너지

 

※ 물체는 그 위치를 변화시켜 에너지를 저장할 수 있다. 이 에너지는 어떤 위치에 일을 할 수 있는 능력을 저장하고 있으므로 ‘위치 에너지(Potential Energy :Ep)’ 라 부른다. 예를 들어, 원래 상태보다 늘어나 있거나 압축되어 있는 용수철도 일을 할 수 있는 능력을 갖고 있다. 활시위를 잡아당기면 활시위에 에너지가 저장된다. 활시위는 화살에 일을 할 수 있다. 고무줄을 잡아당겨 늘이면 고무줄은 위치 변화 때문에 위치 에너지를 갖는다. 따라서 고무줄 역시 일을 할 수 있는 능력을 갖게 된다. 높은 댐 위에 있는 물은 낙하하면서 발전기를 돌리는 일을 할 수 있으므로 위치에너지를 갖는다.

 

 

● 중력에 의한 위치 에너지 : 중력이 작용하는 공간에서 기준면으로부터 상대적인 높이에 있는 물체가 가지는 에너지를 말한다.

● 중력에 의한 위치 에너지의 크기 : 지면에 놓여 있는 질량 인 물체를 천천히 등속도로 들어올리려면 물체의 무게(mg)만큼의 힘이 필요하다. 이 물체를 만큼 들어올렸을 때 물체를 들어올리는 힘이 한 일(W)은

 

가 된다.

 

물체가 받은 일만큼 물체의 위치 에너지로 저장되기 때문에 물체의 위치 에너지(Ep)는

(단위 : J)

로 나타낼 수 있다.

 (※ 단, 위 식은 중력 가속도가 거의 일정한 지표면 근처에서만 사용될 수 있다.)

 

● 중력에 의한 위치 에너지의 기준점 : 절대적인 기준이 없으며 임의로 정할 수 있으나, 보통은 지면을 기준으로 정한다. 기준점에 따라 위치 에너지 값은 다르지만, 위치 에너지의 차이는 기준점에 관계없이 일정하다.

 

● 중력에 의한 위치 에너지와 이동 경로

아래 그림에서 물체를 A 경로를 따라 지면으로부터 높이 인 곳까지 이동시킨 경우나 B, C 경로를 따라 이동시킨 경우나 증가한 위치 에너지의 양은 같다.

증가한 위치 에너지의 양은 물체에 한 일과 같으므로, 물체를 A, B, C 경로로 이동시켰을 경우 물체에 한 일의 양은 모두 같다.