가만히 있는 총알은 위험하지 않지만, 빠르게 날아가는 총알은 매우 위험합니다. 움직이는 물체는 모두 에너지를 가지고 있으며, 이를 운동에너지라고 부릅니다.
운동에너지란?
운동에너지(Kinetic Energy)는 운동하는 물체가 가지는 에너지입니다. 즉, 물체가 움직이면 그 자체로 일을 할 수 있는 힘을 가지게 되는 것이죠.
예를 들어, 굴러가는 공이 나무토막에 부딪혀 밀어낸다면, 공이 가진 운동에너지가 일을 한 것입니다.
운동에너지의 특징
운동에너지는 두 가지 요인에 따라 결정됩니다.
1. 질량(m): 무거울수록 에너지가 큽니다.
2. 속력(v): 빠를수록 에너지가 더 큽니다.
(특히 속력은 제곱에 비례하므로, 속력이 2배가 되면 에너지는 4배)
운동에너지 공식
운동에너지(Ek) = ½ × m × v²
여기서, - m: 질량 (kg) - v: 속력 (m/s)
속력이 작아도 제곱으로 작용하기 때문에, 빠르게 움직이는 물체는 매우 큰 에너지를 가질 수 있습니다.
예시 1
질량이 2kg인 장난감 자동차가 10m/s의 속력으로 달릴 때
→ Ek = ½ × 2 × 10² = 100J
예시 2
질량 60kg인 사람이 4m/s의 속력으로 달릴 때
→ Ek = ½ × 60 × 4² = 480J
위치에너지와 운동에너지의 관계
운동에너지는 위치에너지에서 변환되어 생기기도 합니다. 예를 들어, 2kg짜리 공을 10m 높이에서 떨어뜨리면, 아래로 내려올수록 운동에너지가 점점 커지고 위치에너지는 줄어듭니다.
예시
2kg 공을 10m에서 떨어뜨릴 때,
위치에너지 = 9.8 × 2 × 10 = 196J
→ 바닥에 닿기 직전, 이 에너지는 전부 운동에너지로 전환됨 → 운동에너지 = 196J
운동에너지 정리
- 운동에너지는 운동하는 물체가 가진 에너지
- 공식: Ek = ½ × m × v²
- 질량에 비례, 속력의 제곱에 비례
- 위치에너지가 운동에너지로 전환될 수 있음
