PHYSICS LAB · 역학적 에너지

롤러코스터 에너지 보존 실험실

수레가 트랙을 따라 움직일 때 위치 에너지와 운동 에너지가 어떻게 바뀌는지, 마찰이 있으면 에너지가 어디로 가는지 관찰해 보세요.

✋ 멈춘 상태에서 흰 점을 위아래로 끌면 트랙 모양이 바뀌고, 수레를 끌면 출발 위치가 바뀌어요. (스페이스바: 시작/일시정지)
시간
0.00 s
높이 h
0.0 m
속력 v
0.0 m/s
최고 속력
0.0 m/s
체감 무게
1.00배
상태
준비

에너지 막대 단위 kJ

위치 Ep
0
운동 Ek
0
열 Q
0
총 에너지
0

에너지 그래프

측정 기록 — 멈춘 순간의 값을 기록해 이론값과 비교해 보세요

#질량(kg)g(m/s²)μ출발 높이 h₀(m)현재 높이 h(m)측정 속력(m/s)이론 속력*(m/s)차이열 Q(kJ)
아직 기록이 없어요. 수레가 움직이는 중에 일시정지하고 기록해 보세요.
* 이론 속력은 마찰이 없을 때: v = √(v₀² + 2g(h₀ − h))

실험 조건

트랙 모양
수레 질량 m500 kg
중력 가속도 g9.80 m/s²
마찰 계수 μ0.00
초기 속도 v₀ (+ 오른쪽)0.0 m/s
출발 위치 x0.8 m

개념 정리

마찰이 없으면 위치 에너지와 운동 에너지의 합인 역학적 에너지가 일정하게 보존돼요.

mgh + ½mv² = 일정

마찰이 있으면 역학적 에너지 일부가 열에너지로 바뀌지만, 열까지 포함한 총 에너지는 여전히 보존돼요.

mgh + ½mv² + Q = 일정

화면의 보라색 점선(에너지 높이선)은 수레가 올라갈 수 있는 가장 높은 곳이에요. 이 선보다 높은 언덕은 넘을 수 없어요.

탐구 활동

  1. 탐구 1 μ = 0으로 두고 출발 높이를 바꿔 가며 가장 낮은 곳에서 속력을 기록해 보세요. v = √(2gh)와 맞나요? 질량을 바꾸면 속력이 달라지나요?
  2. 탐구 2 마찰 계수를 0.05, 0.1, 0.2로 바꿔 보세요. 역학적 에너지는 줄어들지만 총 에너지 막대의 높이는 어떻게 되나요?
  3. 탐구 3 ‘두 언덕’ 트랙에서 두 번째 언덕을 출발점보다 높게 만들어 보세요. 초기 속도 v₀가 최소 얼마면 넘을 수 있을지 계산한 뒤 확인해 보세요.
  4. 탐구 4 달과 목성에서 같은 실험을 해 보세요. 속력은 달라지는데, 수레가 올라가는 최고 높이는 왜 같을까요?
← 실험실 목록