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과학

위치 에너지

위치 에너지과학
다른 이름
퍼텐셜 에너지
영문명
Potential energy
단위
줄
핵심 성격
계의 배치와 기준 선택에 의존
위치 에너지는 계를 이루는 물체들의 배치나 변형 상태와 관련된 에너지다. 중력에 의한 높이 차이나 용수철의 변형이 대표적이며, 보존력이 한 일과 에너지 차이 사이의 관계로 정의할 수 있다.

높이만을 뜻하는 것은 아니다

선반 위 물건은 지구와의 상대적 위치에 따라 중력 위치 에너지를 갖는다. 늘이거나 압축한 용수철에도 탄성 위치 에너지가 있다. 위치 에너지는 단순히 물체가 높은 곳에 있다는 말보다 넓은 개념이다.

어디를 0으로 정할까

중력가속도를 일정하게 볼 수 있는 지표 부근에서는 높이 차이에 따른 에너지 차이를 질량, 중력가속도와 높이 차이의 곱으로 계산한다. 기준 높이를 바꾸면 에너지 값에 상수가 더해지지만 두 상태의 차이는 같다.

다른 문제에서 서로 다르게 정한 기준을 섞어 계산하면 오류가 생긴다. 에너지의 절댓값을 적을 때도 어느 상태를 기준으로 했는지 명확하게 해야 한다.

보존력이 한 일

보존력이 한 일은 위치 에너지 변화의 부호를 반대로 한 값과 같다. 물체가 아래로 내려가며 중력이 양의 일을 하면 중력 위치 에너지는 줄어든다. 감소한 에너지는 조건에 따라 운동 에너지 등 다른 형태로 바뀔 수 있다.

계와 손실을 함께 보기

위치 에너지는 상호작용하는 계의 배치에 관한 양이므로 어떤 물체들을 계에 포함했는지 고려해야 한다. 마찰이나 공기 저항이 있으면 역학적 에너지의 일부가 내부 에너지 등으로 전환될 수 있다. 에너지 보존과 역학적 에너지 보존을 구분하는 이유다.

관련 문서

운동 에너지 / 에너지 / 중력 / 열역학