사람이 공을 굴리거나 바람이 물체를 움직이는 경우처럼, 힘을 가해 물체를 움직이면 ‘일’을 한 것이 됩니다. 그런데 이 일을 할 수 있는 원천은 무엇일까요? 과학에서는 이를 ‘에너지’라고 부릅니다.
에너지란 무엇인가?
과학에서 에너지는 ‘일을 할 수 있는 능력’을 의미합니다. 물체를 움직이게 하거나 변화시키는 능력이 바로 에너지입니다. 에너지가 있기에 일을 할 수 있고, 일이 일어나면 에너지가 사용됩니다.
에너지의 두 가지 형태
1. 운동 에너지
움직이는 물체가 가지는 에너지입니다. 예: 빠르게 달리는 자동차, 날아가는 야구공 → 이 물체들은 운동 에너지를 통해 다른 물체에 일을 할 수 있습니다.
2. 위치 에너지 (중력 위치 에너지)
높은 곳에 있는 물체가 가지는 에너지입니다. 예: 높은 곳의 화분이 떨어지면 아래에 있는 물체를 밀어내거나 손상시킬 수 있습니다. → 이는 중력에 의한 위치 에너지로, 중력이 일을 하게 만든 결과입니다.
일과 에너지의 상호작용
에너지와 일은 서로 변환이 가능합니다. - 에너지 → 일: 물체가 에너지를 사용해 다른 물체에 일을 해주면 에너지는 감소합니다. - 일 → 에너지: 다른 물체가 물체에 일을 해주면, 그 물체는 에너지를 얻습니다.
예시로 보는 에너지 변화
볼링공과 핀
1. 사람이 에너지를 써서 볼링공을 굴립니다 → 볼링공이 운동 에너지를 갖게 됨 2. 볼링공이 핀에 부딪혀 핀을 쓰러뜨림 → 볼링공이 핀에 ‘일’을 함 3. 볼링공은 에너지를 잃고 멈춤 → 운동 에너지가 일을 하며 소모됨
추와 못
1. 사람이 추를 들어올림 → 추는 일을 받아 위치 에너지가 증가 2. 추를 떨어뜨림 → 위치 에너지가 운동 에너지로 변환 3. 추가 못을 박음 → 운동 에너지가 일을 하며 못에 전달됨, 추의 에너지는 감소
에너지의 단위
일과 마찬가지로, 에너지의 단위도 줄(J, Joule)입니다. → 이는 에너지와 일이 본질적으로 같은 물리량임을 의미합니다.
정리: 에너지와 일의 관계
에너지는 일을 할 수 있는 능력이고, 일을 하게 되면 에너지는 줄어들며 다른 물체에 전달됩니다. 반대로 일을 받으면 물체는 에너지를 얻게 됩니다. 이처럼 에너지 ↔ 일의 변환은 자연에서 끊임없이 일어나고 있습니다.
