진자의 에너지는 어디로 갔을까? (열역학 제2법칙과 비가역 현상)







진자의 에너지는 어디로 갔을까?

공기 중에서 진동하는 진자는 진동하는 과정에서 공기 분자와 계속 충돌하게 됩니다. 공기 분자는 진자로부터 에너지를 얻어서 속력이 커집니다. 반대로, 진자는 에너지가 점점 작아집니다.
결국, 진자가 가지고 있던 역학적 에너지는 공기 분자에 열에너지로 변환됩니다.

진자의 역학적 에너지 → 공기 분자의 열 에너지

비가역 현상

진공 중에서 운동하는 소립자와 같이 원래의 상태로 돌아올 수 있는 현상을 ‘가역 현상’이라고 합니다.
하지만, 대부분의 자연 현상은 오직 한쪽 방향으로만 일어나는 ‘비가역 현상’입니다.

진자의 예를 들어봅시다. 진자가 공기 분자의 열에너지를 이용해서 스스로 움직일 수 있을까요?
만약, 많은 공기 분자들이 한쪽 방향으로 진자에 충돌한다면 진자는 스스로 움직일 수 있습니다. 하지만 공기 분자는 각자 무질서한 운동을 하므로 이러한 일은 일어나지 않습니다. (가능성이 거의 ‘0’이라고 말합니다.)
이와 같이 대부분의 자연 현상은 한쪽 방향으로만 일어나는 비가역 현상입니다.