공을 바닥에 떨어뜨렸을 때, 처음에는 통통 튀지만 결국에는 멈춥니다. 그런데 왜 공은 계속해서 무한히 튀지 않고 멈추게 될까요?
오늘은 이 현상을 통해 에너지의 전환과 보존 개념을 배워보겠습니다.
에너지 전환이란?
에너지 전환은 한 형태의 에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀌는 것을 말합니다.
예를 들어, 공을 위에서 떨어뜨릴 때는 위치에너지 → 운동에너지로 바뀌고, 바닥에 부딪혀 다시 튀어 오를 때는 운동에너지 → 위치에너지로 바뀝니다.
그런데 왜 점점 멈출까?
이론적으로는 에너지가 계속 왔다 갔다 하면 공도 계속 튈 수 있어야 합니다. 하지만 현실에서는 그렇지 않죠. 그 이유는 에너지의 일부가 다른 형태로 빠져나가기 때문입니다.
예시: 공의 에너지 손실
공이 떨어지면서 10줄의 에너지를 가졌다고 가정해봅시다.
- 바닥에 부딪히며 소리 에너지로 2줄 손실
- 충격으로 인해 열 에너지로 2줄 손실
- 남은 6줄만 운동에너지로 사용 → 튀는 높이 감소
계속해서 소리와 열로 에너지를 잃다 보면 결국 모든 에너지가 다른 형태로 전환되고, 공은 멈추게 되는 것입니다.
가전제품도 마찬가지!
예를 들어 선풍기에 100줄의 전기에너지를 공급했다면 다음과 같은 분배가 일어날 수 있습니다.
- 운동에너지 (날개 회전): 60줄
- 열에너지 (모터 발열): 30줄
- 소리에너지 (소음): 10줄
총합은 여전히 100줄입니다. 즉, 에너지는 다른 형태로 바뀌었을 뿐, 사라지지 않았습니다.
이것이 바로 에너지 보존 법칙
에너지 보존의 법칙이란?
에너지는 형태만 바뀔 뿐, 총량은 항상 일정하다는 과학적 원리입니다.
에너지는 소리, 열, 운동, 빛 등 다양한 모습으로 바뀌지만, 처음 공급된 에너지와 변환된 에너지의 총합은 항상 같습니다.
자동차의 예
자동차는 석유의 화학에너지를 다음과 같이 바꿉니다:
- 운동에너지: 바퀴를 돌림
- 빛에너지: 전조등
- 소리에너지: 엔진 소리, 경적
- 열에너지: 엔진 과열
화학에너지는 다양한 에너지로 바뀌었지만, 총 에너지의 양은 동일합니다.
정리
- 에너지 전환: 한 에너지가 다른 에너지로 변함
- 에너지 손실: 운동 외에 소리, 열 등으로 일부 전환됨
- 에너지 보존: 모든 에너지를 합하면 처음과 같다
따라서, 공이 멈추는 이유는 에너지가 사라진 것이 아니라 다른 형태로 전환되었기 때문입니다!
