물리학:역학적 에너지 보존 편집하기 (부분)

== 학생들의 질문 ==

=== 개념 ===
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! 학생 답변 !! 교사 코멘트
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* 역학적 에너지는 추상적인 개념일까요? 단순히 만들어진 개념인가요
* 에너지도 사실 사람이 우주의 현상을 설명하기 위해 만든 도구라고 생각합니다. 과학적 사실과 수식적 공식이 어떤식으로 상호작용하는지 알고싶습니다. 약간 우리가 푸는 문제와 현실은 달라서 물리시간에 배운것을 적용시키기 힘듭니다.
* 에너지가 진짜 있을까?
|매우 좋은 철학질문입니다. 에너지는 눈에 보이는 실체라기보다 현상을 설명하기 위한 강력한 개념(도구)라고 할 수 있을..겁니다.

하지만,  그만큼 예측력이 뛰어나기 때문에 과학에서 핵심적으로 사용되죠.

비슷한 질문으로.. '정부', '국가'라는 것은 있는 것인가? 실재하는 것인가!
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* 마찰이나 공기저항이 존재할때 역학적 에너지의 보전을 어떻게 수정하여 적용해야 할까?
* 현실세계처럼 마찰, 공가저항이 작용할 때 역학적에너지 공식은 어떻게 나타낼 수 있을까
* 만약 공기저항이 있다고 하면 얼마만큼의 에너지가 사라질까
* 마찰이나 공기 저항이 존재할때 그 손실된 에너지는 어디로 전환되는가?
* 실생활에서 에너지는 어디로 빠져나갈까?
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“역학적 에너지 + 열에너지 = 일정” 과 같이 확장해서 이해해야 한다.

일반적으로 마찰이 한 일이 열에너지로 전환되므로 '마찰력의 크기 * 이동거리' 형식으로 구해진다.
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* 마찰이 전혀 작용하지 않는 공간에서, 영구기관을 만들 수 있을까? 있다면 어떤 방식으로 작동하게 할 수 있을까?
* 공기저항이나 마찰같은 요소가 없다면 무한동력이 가능할까
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마찰이 전혀 없다면 가능. 하지만, 관찰 자체가 영구기관의 움직임을 멈출 가능성도 있음. 빛도 운동량을 가지니까.

그리고 만들 수 있다고 해도 무의미함. 에너지를 뽑아내는 순간 점차 멈춰갈테니까. 손실이 없는 운동은 가능하지만, 에너지 생성은 불가.
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* 역학적 에너지가 항상 보존되지는 않는 다고 들었는데 어떤 조건에서 역학적 에너지가 보존될까?
* 에너지가 최대로 보존되기 위해서는 어떤 조건이 필요할까
* 중력이나 탄성력만 작용할 때는 에너지가 보존되지만, 마찰력이 개입하면 왜 보존되지 않을까?
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보존력만 작용할 때(마찰, 공기저항 등 힘이 없을 때) 역학적 에너지가 보존된다.  

마찰처럼 비보존력이 작용하면 에너지가 다른 형태(열 등)로 빠져나간다.
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* 역학적 에너지 문제를 풀 때는 기준을 어떻게 잡아도 풀리나요?
* 중학교때는 높이에너지가 기준면에 따라 다르다고 했었는데, 이런 상대적인 개념이 받아들여지지 않는다.. 그럼 실제 존재하는게 맞는건지도 모르겠다
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위치에너지는 절대값이 아니라 기준에 따른 상대량. 

중요한 것은 값 자체가 아니라 변화량.
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|위치에너지는 어디에 저장될까?
|보통 중력, 스프링, 전기장 등에 저장된다고 봅니다.
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* 자석끼리의 척력,인력을 에너지로 설명한다면 중력위치에너지와 비슷한 모양의 식을 가질까? 탄성위치에너지와 비슷한 모양의 식을 가질까?
* 용수철을 압축시켰을때 나타나는 탄성 퍼텐셜 에너지는 원자 단위에서 봤을때 각각의 원자들의 운동 에너지로 저장되는걸까 아니면 열 에너지와같이 다른 형태의 에너지로 저장되는 걸까?
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실제로 모든 퍼텐셜 에너지는 힘을 통해 유도됩니다. 결국 에너지는 입자들의 상호작용으로 해석해야 하지 않을까 싶어요.
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* 뒤집히는 롤러코스터를 탈 때 원래 위치만큼 올라가지 못하는 이유
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비보존력(마찰, 내부 손실) 때문에 에너지가 줄어드는 사례.
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|원래 늘려도 돌아오는게 맞는데 용수철이 쓰면 쓸수록 닳고 늘어지는 이유
|기본적으로 산화되기 때문인 것도 있구요, 용수철에도 탄성한계점이 있습니다.
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* 운동에너지는 v가 음수라고 해서 마이너스일까?
* 여러 방향에서 힘이 작용하고 마구 흔들리면(움직이면) 일을 한 것일까 아닐까
|좋은 개념 점검 질문.
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* 우주에서 공 날라가면 계속 날라갈텐데 역학적 에너지가 무한대로 증가하는 거 아님????????
|해당 공간에서 힘이 작용하지 않는다면, 받은 일이 없기 때문에 운동상태가 그대로 유지되는겁니다.

만약 특정 천체의 영향을 고려한다면.. 무한대로 멀리 날아갈 수 있지만, 계속해서 아주아주 조금씩 운동에너지를 잃고 있다고 보면 됩니다.
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* 빛을 가지고 일을 측정할 수 있을까요? 일은 F × S 인데, 가능할까요?
|빛이 가진 에너지를 간접적인 방법으로 알아낼 수 있습니다. 이건 상대론에서 배우시길..!!
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=== 상위개념 및 개쩌는 질문 ===
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!대답
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|등가원리가 성립하는 상황에서 관성력에 의한 위치에너지도 존재할까요?
|굉장히 멋진 발상이다..!!
가속하는 계 안에선 중력이 작용하는 것처럼 보이기 때문에 위치에너지처럼 다루면 됩니다. 에너지보존법칙도 그대로 쓰면 되죠.

계 밖에서 관찰했을 때가 문제인데, 내부에서 특정 위치까지 올려둔 후 낙하시키는 상황을, 밖에서는 물체는 그대로 운동하고 있는데, 움직이는 관찰차가 가속하며 다가가는 것처럼 보게 되죠. 하여간, 관찰자에 따라 에너지의 언급 방식과 크기는 달라지지만, 여전히 어디서는 적용할 수 있습니다...!
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* 힘이 이동방향과 수직일 때 일이 0이라면, 원운동처럼 방향만 바뀌는 운동에서는 에너지가 어떻게 유지되는 것일까?
|좋은 질문, 원운동에서는 속력(에너지)은 유지되고 방향만 바뀐다.
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|보존력 비보존력 들으니까 그냥 생각난건데 부력은 왜 보존력인가요?
|임의의 경로를 지난 후 제자리로 돌아왔을 때 한 일의 총합이 0이면 보존력이라고 합니다.
부력..은 좀 애매합니다; 부력을 보존력이라고 말하려면 점성을 무시하고, 난류 등이 없다고 가정해야 합니다. 그러니까, 이론적으로 순수한 부력은 보존력이라고 할 수 있겠지만... 실제론 그렇진 않죠.

=> 순수한 부력은 보존력이라고 할 수 있습니다.
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|공기저항과 마찰등이 없지만, 지금과도 같은 생활을 할수 있도록 만들수 있을까?
|마찰...이 기본적으로 전자기력과 엮여 있어서; 마찰이 없다면 전자기력도 없다고 보아야 해서;; 우린 다 흩어질듯???
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=== 별로인 질문 ===
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|운동에너지와 위치에너지의 합은 무엇일까
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=== 해결하지 못한 질문 ===
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* 에너지는 형태만 바뀌고 고립계인 우주 내에서는 보존된다고 하는데, 빅뱅 순간의 그 큰 에너지는 어디에서 왔을까.
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|에너지 보존은 기본 법칙이지만, 우주 전체(특히 빅뱅)에서는 여전히 연구 중인 주제입니당~
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|질량이 에너지로 변하거나 에너지가 질량으로 변할 수 있다는 사실을 배웠다. 그렇다면 에너지가 질량으로 전환된다면 에너지는 보존된다는 것인가? 만약에 그렇다면 에너지는 질량이라고 할 수 있는 것 아닌가?
|질량-에너지 등가는 “같은 물리량의 다른 표현”으로 이해하는 것이 적절할 듯해요~
에너지가 질량이라고 하기엔 말이 이상하고, e=mc² 에서 빛의 속력을 통해 연결될 수 있다는 게 정확하겠죠.
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|에너지가 실제 존재하는 것과 연결되는 것이 e=mc²말고 있는가.
|중력장, 전기장처럼 장 자체에 에너지가 저장되는 경우도 있죠. 이걸 실제한다고 볼 수 있을지 의문이지만;;
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=== 코멘트 ===
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