물리학의 개념 중 일상생활에서 에너지가 자주 쓰인다. 먼저 일이라는 개념부터 알아본다.
일
물리학에서 일은 힘 * 이동거리로 정의된다.
일의 단위는 줄 J 이라고 한다.
물리학에서 일은 물체에 작용한 힘과 물체가 힘의 방향으로 이동한 거리의 곱과 같다.
W = F * s 1J = 1N * 1m 이다.
일률
물리학적인 일률은 단위 시간 동안 한 일로 정의된다. 일률의 단위는 W를 이용해 표시한다.
일률 P 는 일 W 을 시간 t로 나눈 값이며 단위 시간 동안 한 일의 양이다.
P = W/t
일률의 단위는 W 이다.
1J / S
에너지
에너지는 저장된 일이며, 물체가 일을 할 수 있는 능력을 의미한다.
에너지의 다양한 형태
에너지의 형태는 실행하는 일에 따라 구분된다. 한 물체에 가속 일을 해주면, 물체는 운동에너지를, 들어 올리는 일을 해주면, 물체는 위치에너지를 얻는다. 이러한 각각의 에너지를 구하는 식을 만들려면, 실행된 일을 계산해야 한다.
등가속도 운동의 경우는 다음과 같다
에너지 보존
에너지는 손실 없이 온전히 보존된다. 즉, 위치 에너지와 운동 에너지의 합은 변화가 없다. 에너지는 다른 형태로 전환될 뿐이다.
이러한 조건이 충족되는 계를 닫힌계라고 한다.
충돌
운동 에너지는 충돌 전과 후에 보존되는 경우가 있고, 그렇지 않은 경우가 있다.
운동에너지가 보존되는 충돌을 탄성 충돌이라고 한다. 이와 다른 충돌은 모두 비탄성 충돌이라고 한다.
운동량과 운동량의 보존
에너지 보존 법칙으로는 파악되지 않는 충돌이 있으므로, 이러한 충돌 문제를 해결할 또 다른 보존 법칙이 있다면 도움이 될 것, 이는 뉴턴의 제 3 법칙의 결과로 나타난다.
물체 1과 물체 2가 충돌하며, 항상 작용, 반작용의 법칙이 성립한다.
가속도는 시간당 속도의 변화를 의미,
물체들이 충돌할 때 시간 간격 동안 생기는 속도의 변화를 대입하면 다음과 같다.
이 두 식을 대입한 방정식에 적용
따라서 물체의 질량에 속도를 곱한 값을 더하면 충돌 전과 후의 총합은 동일하다는 것을 알 수 있다.
