어떤 경로가 가장 많은 에너지가 필요한가 오션에너지?
자동차가 산의 바닥에서 산 정상까지 3 개의 다른 도로 (각각 다양한 경사 각도 또는 경사면)를 여행했다고 가정 해 봅시다. 가장 휘발유 (또는 에너지)가 필요한 경로는 무엇입니까? 가장 가파른 경로 (경로 AD)가 가장 휘발유를 요구합니까? 아니면 가장 가파른 경로 (경로 BD)가 가장 휘발유를 요구합니까? 아니면 각 경로에 같은 양의 휘발유가 필요합니까?
이 상황은 단순한 물리학 실험실을 사용하여 시뮬레이션 할 수 있습니다. 간단한 물리 실험실을 사용하여 힘이 적용되어 시트 상단까지 지속적인 속도로 경사를 올리십시오. 세 가지 다른 경사 각도를 사용하여 산 위의 세 가지 다른 경로를 나타낼 수 있습니다. 좌석 상단은 산의 정상을 나타냅니다. 산의 바닥에서 산 정상까지 올라가는 데 필요한 휘발유 (또는 에너지)의 양은 카트에서 수행 된 작업의 양으로 바닥에서 좌석 상단으로 올려갑니다. 카트를 바닥에서 좌석 상단으로 올리기 위해 수행 된 작업의 양은 카트에 적용되는 힘 과이 힘으로 인한 변위에 따라 다릅니다. 이러한 물리 실험실의 일반적인 결과는 아래 애니메이션에 묘사되어 있습니다.
애니메이션에서 각 경로가 좌석 상단 (산 정상을 나타내는)까지 동일한 양의 작업이 필요하다는 것을 관찰하십시오. 모든 물체에 대한 힘에 의해 수행 된 작업의 양은 방정식에 의해 주어집니다.
Work = f * d * Cosine (theta)
여기서 F는 힘이고, d는 변위이고, 세타는 힘과 변위 벡터 사이의 각도이다.
가장 가파른 경사 (30도 경사각)는 가장 적은 양의 힘이 필요하지만 가장 가파른 경사는 가장 큰 힘을 요구합니다. 그러나 힘은 특정 고도로 오름차순으로 자동차가 수행 한 작업의 양에 영향을 미치는 유일한 변수는 아닙니다. 또 다른 변수는이 힘으로 인한 변위입니다. 위의 애니메이션을 살펴보면 가장 가파른 경사가 가장 큰 변위에 해당하고 가장 가파른 경사는 가장 작은 변위에 해당합니다. 최종 변수는 세타 – 힘과 변위 벡터 사이의 각도입니다. Theta는 각 상황에서 0도입니다. 즉, 힘은 변위와 동일한 방향으로 변위 벡터와 0도 각도를 만듭니다. 따라서 힘이 가장 크면 (가파른 경사) 변위가 가장 작고 힘이 가장 작을 때 (최소 가파른 경사) 변위가 가장 큽니다. 그 후, 각 경로는 객체를베이스에서 동일한 서밋 고도로 높이기 위해 동일한 양의 작업이 필요합니다.
이 상황을 분석하는 또 다른 관점은 잠재력과 운동 에너지와 작업의 관점에서 나온 것입니다. 외부 힘 (이 경우 카트에 적용되는 힘)에 의해 수행 된 작업은 물체의 총 기계 에너지를 변화시킵니다. 실제로, 적용된 힘에 의해 수행 된 작업의 양은 물체의 총 기계적 에너지 변화와 같습니다. 카트의 기계적 에너지는 운동 에너지와 잠재적 에너지의 두 가지 형태를 취합니다. 이 상황에서 카트는 높이가 낮은 높이에서 높이로 일정한 속도로 당겨졌습니다. 속도가 일정했기 때문에 카트의 운동 에너지는 변하지 않았습니다. 카트의 잠재적 에너지 만 변경되었습니다. 각각의 경우 (30도, 45도 및 60도 경사)에서 카트의 잠재적 에너지 변화는 동일했습니다. 같은 카트가 동일한 초기 높이에서 동일한 최종 높이로 상승했습니다. 각 카트의 잠재적 에너지 변화가 동일하면 총 기계적 에너지 변화는 각 카트마다 동일합니다. 마지막으로, 카트에서 수행 된 작업은 각 경로마다 동일해야한다는 것이 합리적 일 수 있습니다.