롤러코스터의 역학적 에너지 보존






역학적 에너지 보존법칙

롤러코스터를 잘 살펴보면 아주 재미있는 것을 발견할 수 있습니다. 아니 아무것도 발견할 수 없다는 것이 오히려 재미있는 것인가요? 바로 롤러코스터에는 아무런 동력이 없다는 것입니다. 처음에 모터를 이용해서 롤러코스터를 가장 높은 곳까지 끌어올리면 그때부터는 저절로 롤러코스터가 움직입니다. 그렇다면 롤러코스터가 한바퀴 돌 때 떨어지지 않는 것은 레일이 바퀴를 붙잡고 있기 때문일까요?

바로 여기에 역학적 에너지 전환과 보존이 사용됩니다. 즉, 출발하기 전에 아주 높은 곳까지 끌어올리면 롤러코스터는 아주 큰 위치 에너지를 갖습니다. 이 롤러코스터가 밑으로 내려오면 높이가 낮아지면서 위치 에너지가 작아지고, 이 작아진 크기만큼 운동 에너지가 커집니다. 즉, 롤러코스터가 내려올 때는 위치 에너지가 운동 에너지로 변하면서 롤러코스터의 속력이 증가합니다.

그렇다면 롤러코스터의 속력이 가장 빠를 때는 언제일까요? 속력이 가장 크다는 것은 운동 에너지가 가장 크다는 것이고, 이것은 또 위치 에너지가 가장 작다는 것을 의미합니다. 즉, 가장 밑에 있을 때 롤러코스터의 속력은 가장 빠를 것입니다.

이것은 바이킹에서도 같습니다. 바이킹도 양쪽 끝에서 가장 높이 올라가 있고, 이것이 바닥으로 내려오면서 위치 에너지가 운동 에너지로 바뀌면서 속력이 점점 증가합니다. 반면에 바닥을 지나면서부터는 운동 에너지가 위치 에너지로 바뀌면서 속력이 줄어들고 높이가 높아지는 것입니다. 즉, 바닥에서 제일 빠릅니다. 역시 모든 지점에서 운동 에너지와 위치 에너지는 한쪽이 줄어들면 반대쪽이 늘어나 둘의 합인 역학적 에너지는 항상 같은 값을 유지합니다.

그렇지만 엄밀히 말하면, 우리가 사는 세상에서 역학적 에너지가 보존되는 것은 그리 찾아보기 힘듭니다. 바로 공기의 저항이나 마찰 때문입니다. 아주 높은 곳에서 떨어지는 빗방울을 역학적 에너지 보존으로 생각하면 무시무시하게 빠른 속도가 되어 빗방울에 의해 건물이 파괴될 수 있을 것입니다. 물로 실제로는 그런 일이 일어나지 않습니다. 바로 공기가 있기 때문입니다. 즉, 공기는 우리가 숨쉬게 해주는 것 이상의 역할을 합니다.

Related Post