[Guia de trabajo] Energia 14

새4. Fuerzas conservativas 보존력(conservative force)이란?:

 

Son fuerzas cuya capacidad de realizar trabajo permanece constante, se conserva, se almacena en el cuerpo,
pudiendo liberarse posteriormente. Son fuerzas conservativas: la fuerza peso, la fuerza elástica ejercida por un
resorte y la fuerza eléctrica

 

일이 일정하게 유지되고 보존되며 물체에 저장되는 힘. 저장된 힘은 나중에 방출 될 수 있다.

 

보전력의 종류:

• la fuerza peso 무게 힘
• 어떠한 수단 (resorte)에 의해 가해지는 탄성력
• 전력 (fuerza electrica)
  

5. caracteristicas de las fuerzas conservaticas 보존력의 특징:

• El trabajo efectuado por una fuerza conservativa entre dos puntos es independiente de la trayectoria

두 지점 사이에서 일어나는 힘으로 이동거리 ( trayectoria)와 무관한 힘이다  ->보존계라고도 부른다!

• El trabajo efectuado por una fuerza conservativa en una trayectoria cerrada (ida + vuelta) es nulo

닫힌경로 (왕복)에서의 보수력이 수행하는 작업은 0이다!

Wpeso(A->B)= -mgh

Wpeso(B->C)= mgh

W(ida+vuleta왕복)=0

 

보존력 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

6. energia potencial 포텐셜 에너지

 

Es una forma de energía asociada a la posición de un objeto con relación a un sistema de referencia: existe en
"estado de reserva". También se la conoce como energía de posición o de configuración. Es la capacidad que
posee un cuerpo o un sistema de realizar trabajo en virtud de su posición con relación a un sistema de referencia.
Es la energía que queda almacenada en un cuerpo o en un sistema cuando una fuerza conservativa efectúa
trabajo sobre él.

 

어떠한 기준점으로 인해 측정하는 물체의 위치에 의한 에너지이다.

"estado de reserva"라 불리는 상태를 가지며, 위치에너지 또는 설정에너지라고도 불린다.

기준점 (sistema de referencia)의 위치를 기준으로, 물체나 한 시스템이 일을 수행하기위해 가지는 능력이다.

에너지는 보존력이 일을 수행할때, 물체나 시스템에 저장된다.

 

¿A partir de qué ecuación se calcula la energía potencial de un sistema? 포텐셜 에너지를 측정하는 방법

Una energía potencial siempre va a asociada a una fuerza conservativa: desde luego toda variación de energía
potencial que experimenta un cuerpo entre dos puntos es igual al trabajo, de signo cambiado, efectuado por la
fuerza conservativa para trasladarlo entre dichos puntos

포텐셜에너지는 항상 보존력과 연관이 있다.

포텐셜에너지가 두 지점 사이에서 가지는 에너지는 물체를 이동시키는 보존력의 일의 양과 같지만, 반대의 백터를 가진다. (signo cambiado)

 

Observe que a partir de esta ecuación sólo pueden determinarse cambios de energía potencial. La energía
potencial de un cuerpo se puede medir a partir de un punto de referencia en el cual se considera que la energía
potencial es nula.

이 방정식에서는 위치에너지의 변화만 결정할 수 있다.

물체의 포텐셜에너지는 포텐셜 에너지가 0이 되는 기준점으로 부터 측정할 수 있다!

 

정리

포텐셜 에너지(또는 위치에너지): 물체가 이동하는 두지점 사이에서 발생하는 에너지로, 물체의 위치가 변화할 수있는 일의 양이다.

따라서 보존력과 관련이 있다. (일이 일정하게 유지되는 힘) 이 둘은 상반관계를 가진다.

쉽게 말하면:

포텐션에너지->물체가 변화하고자 하는 힘

보존력->물체가 상태를 유지하려고 하는 힘 (탄성력, 전기력,무게의 힘)

 

따라서 모든 포텐셜에너지는 그와 상반되는 보존력을 가진다.

FUERZA PESO (보존력) <-> Energia Potencial gravitacional (중력 포텐셜 에너지)

FUERZA ELASTICA (보존력) <-> Energia Potencial ELASTICA (탄성 포텐셜 에너지)

FUERZA ELECTRICA (전력) <-> Energia Potencial ELECTRICA (전력 포텐셜 에너지)

 

 

생각하자!!

물리에서 힘이란 원래의 상태를 유지하려는 기본적인 특성을 탑재하고 있었음!!

이러한 (물체가 상태를 유지하고자 하는) 특성을 이름 지은것이 바로 보존력이다~!!!!

이 힘과 반대되는, 즉 변화하려고하는 힘과 함께 균형을 이루는데 그 힘이 바로 포텐셜 에너지이다

 

8. 중력 포텐셜에너지

 Wpeso(A->B)= -mgh

-(EpB- EpA)= -mgh

EpB=mgh

 

EpA=0 ->A partir de nivel del punto A se miden las posiciones del cuerpo. Este punto se toma como NIVEL DE REFERENCIA 기준점. 이 점에서 부터 물체의 위치를 측정함

h= ALTURA (DISTANCHA VERTICAL수직 거리) DEL CUERPO con relacion al nivel de referencia

기준점으로부터 물체의 거리->높이

la energia potencial gravitacional puede ser postivia, negativa o cero

중력 포텐셜 에너지는

-플러스

-마이너스

-0 값을 가질 수 있음!

 

중력 포텐셜 에너지에 관한 예제)

9. 지면에 놓여있던 길이 5m, 무게 80N의 기둥을 수직위치가 될 때까지 들어 올린다. 위치 에너지의 증가량은 얼마인가?

Un poste de 5 m de longitud y 80 N de peso situado en el suelo, se levanta hasta colocarlo en posición vertical.
¿Cuál es el aumento de energía potencial que experimenta?

 

-위치 에너지는 계에 저장되는 에너지로, 에너지 준위가 낮은 쪽으로 물체를 끌어 당기는 형태의 힘, 즉 복원력(Restoring force)이 작용할 때에 존재한다. 예를 들면, 용수철이 왼쪽으로 늘어나면 원형으로 돌아가려는 힘이 오른쪽으로 작용하게 된다. 이와 유사하게, 어떤 질량이 지면에서 들어올려질 경우 아래 방향으로 중력이 작용하여 낮은 위치가 되도록 한다. 여기서 처음에 가했던 행동은, 예컨대 질량을 들어올리거나 용수철을 당기려고 할 때는 모두 에너지를 필요로 하게 된다. 질량을 들어올리기 위해 가해준 에너지는 중력장 하의 그 물체의 위치에 저장된다. 용수철을 놓아버리거나 질량을 떨어트렸을 때, 이 저장된 에너지는 복원력에 의해 운동 에너지로 바뀌게 된다. 여기서 복원력은 용수철의 경우에 탄성력이며, 질량의 경우엔 중력이다. 롤러코스터를 생각해보자. 롤러코스터가 경사를 올라가면 위치 에너지를 가지게 되며, 최고점에서의 위치 에너지가 가장 크다. 롤러코스터가 다시 빠른 속도로 내려가면서 위치 에너지는 운동 에너지로 바뀌게 되며, 최저점에서의 운동 에너지가 가장 크다. (마찰로 손실되는 에너지를 무시할 경우, 운동 에너지와 위치 에너지는 에너지 보존의 법칙을 만족한다.)

좀 더 엄밀하게 말하자면 위치 에너지는 상대적인 위치에 따라 물체가 가지는 에너지 간의 차이를 의미하며, 그렇지 않은 경우는 기준점이나 기준면을 정해서 사용한다.

 

Fuerzas no conservativas 비 보존적인 힘
Son fuerzas cuya capacidad de realizar trabajo no se conserva. Esta energía puede transformarse en calor o puede aumentar o disminuir la energía mecánica del sistema. Son fuerzas no conservativas: la fuerza de rozamiento, de resistencia del aire, las fuerza motrices en general. Cuando la energía se disipa en forma de calor (trabajo efectuado por la fuerza de rozamiento) las fuerzas se llaman disipativas

El trabajo efectuado por una fuerza disipativa en una trayectoria cerrada (ida + vuelta) no es nulo

 

일하는 능력이 보존되지 않는 일이다. 이 에너지는 열로 변환되거나 시스템의 기계적 에너지를 증가 또는 감소시킬 수 있습니다.

예: 마찰, 공기 저항, 일반적인 추진력.

 

에너지가 열로 소진 될 때 (마찰력에 의해 수행되는 작업)의 힘을 "소산"이라고한다.

닫힌경로 (왕복)에서 소산력에 의해 수행되는 작업은 0이 아니다

 

Sistemas no conservativos
En los sistemas no conservativos, actúan fuerzas conservativas y no conservativas . Luego, a partir del Teorema
del Trabajo y la Energía:

비 보존적 시스템에서는 보존적인 힘과 비보존적인 힘이 모두 작용한다.

일과 에너지의 법칙에 의해 다음과 같이 정리할 수 있다

19. Un obrero empuja un canasto de ropas del punto A hasta el punto B y luego retorna al punto de partida. Siendo la fuerza de rozamiento igual a 200 N y la distancia de A a B igual a 2,5 m ¿Cuál es el trabajo efectuado por la fuerza de rozamiento durante el movimiento completo?

왕복이다!!

Wfr=frxSxcos180

=-200x(2,5+2,5)xcos180

=-1000J

 

21. 어린이가 슬라이드를 통해 5m 높이에서 떨어집니다 (g = 10m / s2 ). 슬라이드 하단에 도착할때의 속도가 6m / s이고 질량이 20kg 인 경우 마찰로 인해 소산되는 에너지는 얼마입니까?

Un niño cae de una altura h de 5 m a través de un tobogán (g = 10 m/s2). Si llega a la base del tobogán con una
velocidad de 6 m/s y su masa es de 20 kg, ¿cuál es la energía disipada debido al rozamiento?

 

풀이:

슬라이드 시작부분에서의 Em=mgh(20x10x5=1000J) 를 구한다

슬라이드하단에 도착했을때의 Em=1/2mv^2(1/2x20x6^2=360J)를 구한다.

(마찰력으로 인해)소산되는 에너지양=1000-360=640J