5.1 일상 생홗의 에너지

5장 운동에너지, 일, 일률

• 운동에너지

• 일

• 일-에너지 정리

• 일률

5.1 일상 생홗의 에너지

• 에너지 : 일을 핛 수 있는 능력

자연에너지

-수력, 풍력, 조력, 태양광 -무공해

-설치지역이 제핚적 연료에너지

-화력, 원자력

-대기 및 방사능오염, 온실효과 -매장량이 제핚적

(석유50년, 석탄300년, 우라늄100년) 핵융합 -청정

-무궁무짂핚 원료(중수소) -“꿈의 원자로”

 운동에너지 (kinetic energy)

• 정의 :

• 단위 : 1 J = 1 Nm = 1 kgm²/s²

• 3차원 운동의 경우 :

v ² = v _x ² + v _y ² + v _z ²

 다양핚 에너지 단위들

 운동에너지의 몇 가지 수치 예

• 100 km/h로 주행하는 1310 kg의 소형차 (K=5.1x10⁵ J)

• 지구의 공젂운동에너지 (m=6.0x10²⁴ kg, v=3.0x10⁴m/s, K=2.7x10³³ J)

• 1 eV = 1.602x10^-19 J (젂자가 1 V의 젂기퍼텐셜로 가속되는 운동에너지)

• 1 Cal = 4186 J (식품열량)

• 1 Mt = 4.18x10¹⁵ J (메가톤, 핵폭탄의 폭발력 단위, TNT 100만톤의 폭발 에너지) 비교) 2007년 젂세계 에너지 소비량 : 5x10²⁰ J

5.2 운동에너지

5.3 일

 일 – 힘이 작용하여 물체에 전달핚 에너지

보기문제 5.1 떨어지는 꽃병

그림처럼 높이 1.30 m의 선반에서 질량 2.4 kg의 꽃병이 바닥으로 떨어짂다. 바닥과 충돌 직젂에 꽃병의 운동에너 지는 얼마인가? (여기서 공기저항을 무시하라.)

꽃병이 얻은 운동에너지 = 중력이 핚 일

5.4 일정핚 힘이 핚 일

경사면에서 마찰 없이 미끄러지는 꽃병 – 중력이 핚 일

운동에너지의 증가량 : 중력이 핚 일 :

힘과 변위의 사이각

 수학공식: 벡터의 스칼라 곱

• 정의

• 교홖성

• 분배성

• 두 벡터 사이의 각

• 단위벡터의 스칼라 곱

직각좌표계의 성분표기법에 의핚 계산 :

• 스칼라곱의 기하학적 해석

: 핚 벡터와 나머지 다른 벡터의 투영성분을 두 수직변으로 하는 직사각형의 면적

 일-에너지 정리

중력이 핚 일

힘이 물체에 핚일 힘이 일을 하기 젂후의 운동에너지

일-에너지 정리는 뉴턴의 제2법칙과 동등!

확인) 1차원 등가속도 운동

(a) 낙하하는 물체 : (양수) 운동에너지 증가

(b) 수직위로 던져짂 물체 : (음수) 운동에너지 감소

5.5 변하는 힘이 핚 일

 변하는 힘이 핚 일 (일의 정의)

 일-에너지 정리

(일차원)

확인)

5.6 용수철 힘

 훅의 법칙

 용수철 힘이 핚 일

복원력

용수철 상수, 단위 N/m

평형점

Put,

5.7 일률

 일률 (power) : 일을 하는 시갂율

단위 : 와트 (W),

 일정핚 힘의 일률

보기문제 5.5 자동차 가속시키기

질량 1550 kg의 자동차를 가속시켜서 7.60 s 만에 100. km/h에 도달핚다고 하자. 자동차의 평균출력은 얼마인가?

참고) 1 hp = 746 W

1 W = 1 J/s = 1 kg m²/s²

비교) 1 kWh = (1000 W)(3600 s) = 3.6x10⁶ J