물리학Ⅰ/역학과 에너지
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1. 개요[편집]
본 문서는 대한민국 2015년 개정교육과정 물리학I 1단원에 해당하는 내용을 다루고 있다. 고등학교 교육과정에 초점을 맞춘 문서이며, 개념이나 문제 풀이를 할 때 필수로 알아야 할 알고리즘을 제시하는 용도로 작성했다.
2. 개념 구성 및 서론[편집]
역학과 에너지에서 다루는 개념들은 변위-이동거리 -> 속도-속력(등속도 직선 운동, 평균 속도-순간 속도) -> 가속도(평균 가속도, 순간 가속도) -> 등가속도(등가속도 직선 운동) -> 힘 -> 물체에 작용한 힘 -> 힘과 가속도, 질량과 관계 -> 운동 방정식 -> 운동량 -> 충격량 -> 에너지 -> 퍼텐셜-운동 에너지 -> 역학적 에너지 -> 열 에너지 -> 특수 상대성이론
으로 구성되어 있다.
고등학교 수준의 물리학은 단순한 2차원 계에서의 운동들과 현상들만 다루는 만큼 모의고사, 수능과 같은 평가원 기출에선 문제를 꼬고 난해하게 낸다.
2.1. 변위-이동거리[편집]
변위는 물체가 원점, 즉 최초 출발 지점에서 최종 운동 지점 까지 사이의 직선 거리를 의미한다. 나중 위치량과 처음 위치량의 차로 나타낼 수 있으며, 이는 곧 위치 변화량을 의미한다.
2.2. 속도-속력[편집]
속도와 속력은 물체의 빠르기를 나타내는 것으로, 후에 다루겠지만 변위-시간 그래프에서 기울기가 곧 평균 속력과 속도가 된다. 또 속도와 속력을 나타내는 기호는 똑같이 ‘[math(v)]’이다.
속도는 단위 시간당 변위를 나눈 것으로, 변위이니 스칼라량 뿐만 아니라 벡터량도 갖고 있기에 방향을 고려해야 한다.
속력은 단위 시간당 이동거리를 나눈 것으로, 이동거리는 스칼라량만 갖고 방향이 없다.
허나 이들은 전체 시간 부분의 변화량을 기준으로 나눈 값이지 단위 시간 당 아주 극한의 순간에서의 물체의 빠르기라고 볼 순 없다. 왜냐면 매순간 마다 물체의 빠르기가 변하는 운동을 할 수 있으니까.
그렇기에 어떤 구간에서 속도를 구할 때는 극한을 활용한다.
2.2.1. 위치-시간 계에서 평균 속도와 속력[편집]
평균 속도는 기준 점이 위치-시간 계인지, 속도-시간 계인지에 따라 달라진다. 먼저 위치-시간 계에서 평균 속도는 곧 속도를 구하는 공식과 같다. 이유는 위에서 설명 했지만 위치-시간 그래프에서 속도는 곧 기울기를 의미하는데 여러 구간에서 속도를 구해도 똑같이 위치 변화량을 시간으로 나눈 것과 같다.
2.2.2. 속도-시간 계에서 평균 속도와 속력[편집]
2.3. 운동 방정식 [편집]
가속도, 등가속도 운동, 알짜힘(합력), 운동량(운동량 변화량), 충격량, 역학적 에너지에 대한 방정식과 풀이 알고리즘은 해당 문서를 참고하십시오.
2.4. 열역학[편집]
2.5. 특수상대성이론과 핵에너지[편집]
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