역학적 에너지

물체의 운동이나 역학적 양에 따라 정해지는 에너지

역학적 에너지(力學的-) 또는 기계적 에너지(mechanical energy)란 물체의 운동 상태에 따라서 결정되는 퍼텐셜 에너지(위치에너지)와 운동 에너지의 합을 말한다. 또한 이 합은 항상 같은 값으로 일정하게 정해진다. 역학적 에너지의 값은 물체가 운동을 시작한 지점의 높이를 기준으로 한 위치에너지의 값과 동일하다. 단, 이때 물체의 가속도는 0이라고 가정해야 한다.

위치 에너지운동 에너지로 전환되고 있다.
(나이아가라 폭포)

역학적 에너지 보존 법칙 편집

보존력만이 일정하게 작용하는 한, 역학적 에너지란 위치 에너지와 운동 에너지의 합으로 구성되므로 이 값이 항상 일정하게 정해진다.

예를 들어 처음 운동한 높이가 1 m일 때 위치에너지가 10 J이였다면 이 때의 운동에너지는 0이다. 이 물체가 낙하할 때에는 위치 에너지는 점점 감소하는데 정확하게 감소한 만큼 운동 에너지가 증가하게 된다. 따라서 물체가 낙하할 때에는 항상 위치 에너지는 감소하고 운동 에너지는 증가한다. 그리하여 물체가 낙하할 때 어떠한 지점에서든 그 물체의 위치 에너지와 운동 에너지의 합, 즉 역학적 에너지는 항상 같다.

지면에 닿는 순간 작용-반작용에 의해 다시 공중으로 뜨게 될 수도 있다. 이 때에는 반대로 위치에너지가 증가하고 운동에너지가 감소하게 되지만 역학적 에너지 보존의 법칙에 의하여 역학적 에너지의 값은 일정하다. 또한 지면에 닿는 순간 마찰력에 대한 일로 전환 될 수 있다. 공기에 대한 저항과 주변 환경에 따라 역학적 에너지 총 수치는 변화한다.

여기서 공기에 대한 저항과 주변 환경이란 위치에너지가 운동에너지로 전환되는 순간 땅과 닿는 마찰력으로 전환, 마찰을 내며 발생하는 소리에너지로 전환, 마찰로인한 열 에너지로의 전환 등의 여러 에너지전환을 거듭하기에 역학적 에너지 보존이란 이론적으론 완벽하지만 현실에선 완벽하게 실현될 수는 없다.

  =    
  =   

따라서 역학적 에너지는 다음의 공식을 갖게 된다.

  =   +  
즉 E는 무게*높이인 셈이다.

같이 보기 편집