질문 요약
표면에서의 마찰력이 왜 양의 일을 하는가요? 힘이 작용하는 방향과 마찰력의 방향이 반대인데도 마찰력이 양의 일을 하는 이유를 알고 싶습니다.
답변 요약
평형점은 중력과 탄성력이 평형을 이루는 지점이며, 용수철이 늘어나 있는 지점입니다. 마찰력은 바닥면과 물체 사이의 에너지 교환 매개체로 작용한다. 마찰력이 입자에서 빼앗은 운동에너지를 바닥면으로 전달합니다. 퍼텐셜 에너지는 변화량에 주목해야 합니다. 반데르-발스 힘과 관련된 퍼텐셜 에너지는 힘이 보존력의 형태를 띄게 됩니다.
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Serway 대학물리학 교과서 7장에서 이해가 안 되는 질문들
안녕하세요. Serway 대학물리학 교과서를 보며 이해가 안 되는 부분들에 대해 질문 주셨네요. 각각에 대해 답변드리겠습니다.
1. 에너지 막대 그래프와 전체 에너지의 일정함
첨부하신 파일과 교과서 p153의 퀴즈 7.7을 참고하며 답변드리겠습니다. 여기서 고려해야 하는 것은 '에너지 보존 법칙'입니다. 이 법칙에 따르면, 시스템에 외부에서 작용하는 힘이 없다면, 시스템의 총 에너지는 일정합니다. 여기서 외부에서 작용하는 힘은 공을 손으로 잡아당기는 힘입니다. 따라서, 공이 +y(max) 지점에 도착했을 때 전체 에너지가 증가한 것은 아니라, 공이 +y(max) 지점으로 이동하면서 손이 공에게 추가적인 에너지를 주입했기 때문입니다.
2. 표면의 마찰력이 한 일
교과서 154페이지에 나온 '마찰력이 표면에 한 일은 양수'라는 문장에서는, 마찰력이 물체에게 양의 일을 한 것이 아니라, 마찰력이 역할을 하는 바닥면이 받는 일을 이야기하는 것입니다. 마찰력은 물체가 바닥을 따라 움직일 때 그 움직임을 방해하는 힘입니다. 따라서 물체에게 마찰력은 음의 일을 하지만, 그 힘은 바닥면에서 물체로 전달되기 때문에 바닥면에게는 양의 일을 한 것으로 볼 수 있습니다.
3. 퍼텐셜 에너지 그래프와 안정 평형 거리
퍼텐셜 에너지가 0이 되는 거리에서 안정 평형 거리까지 퍼텐셜 에너지가 계속 감소하면서 마이너스가 되는 것은 퍼텐셜 에너지의 기본적인 개념입니다. 퍼텐셜 에너지는 물체의 위치에 따라 변화하며, 그 값은 물체가 위치한 지점에서의 퍼텐셜 에너지와 물체가 이동한 후의 위치에서의 퍼텐셜 에너지 사이의 차이로 정의됩니다. 따라서 퍼텐셜 에너지가 0이 되는 지점에서 안정 평형 거리까지 이동하는 물체의 에너지는 퍼텐셜 에너지의 감소분만큼 증가하게 됩니다.
이러한 물리학적인 원리와 개념들을 이해하는 것은 쉽지 않습니다. 하지만 이런 의문을 가지고 꾸준히 공부하고 질문하는 것은 훌륭한 학습 태도입니다. 계속해서 궁금증을 가지고 공부해나가시길 바랍니다.
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