자동차의 위치 에너지

비탈길에 공을 놓으면 가만히 놔둬도 아래로 굴러간다. 공이 움직인다는 것은 어떤 에너지가 운동 에너지로 변환되었음을 의미한다. 이때 운동 에너지로 변환된 에너지를 위치 에너지라고 한다.

 

1. 위치 에너지

 

위치 에너지는 '높이에 따른 에너지'로 정의되며, 높을수록 위치 에너지가 커진다. 다만 절대적인 양으로 표시할 수 있는 운동 에너지나 열에너지 등 다른 형태의 에너지와 달리 위치 에너지는 상대적인 양으로밖에 표시하지 못한다. 기준이 되는 위치를 정하고 그곳보다 높을수록 위치 에너지가 커진다.

 

예를 들어 공을 수직으로 높이 던지면 공의 속도는 점점 느려진다. 이것은 공의 운동 에너지가 위치 에너지로 변환되었음을 의미한다. 최초의 높이를 기준 위치로 삼으면 이때의 위치 에너지는 0이다. 공의 속도는 점점 느려지며, 속도가 0이 된 위치가 최고점이다. 이때 운동 에너지는 0이 되며 위치 에너지는 최대가 된다. 그런 뒤 공이 낙하하기 시작한다. 이번에는 위치 에너지가 운동 에너지로 변환되기 때문에 공의 속도가 빨라진다.

 

2. 비탈길에서 자동차 위치에너지 변환 예

 

자동차도 비탈길을 주행할 때는 위치 에너지의 영향을 받는다. 내리막길에서는 자동차를 구동하지 않아도 자동차에 가속이 붙는 경우가 있다. 이것은 위치 에너지가 운동 에너지로 변환되기 때문이다. 반대로 그때까지 평탄한 길에서 일정 속도로 달리다가 똑같은 구동력으로 오르막길을 오르면 자동차의 속도가 줄어든다. 이것은 운동 에너지가 위치 에너지로 변환되기 때문이다.