▷ 중력퍼텐셜에너지란? (공식)

이 기사에서는 중력 위치 에너지가 무엇인지, 중력 위치 에너지를 계산하는 방법, 그리고 개념을 더 잘 이해하기 위한 해결 방법을 배우게 됩니다.

중력 위치 에너지란 무엇입니까?

중력 위치 에너지 또는 간단히 중력 에너지 는 중력장과 관련된 위치 에너지입니다. 간단히 말해서, 중력 위치 에너지는 중력장의 한 지점에 물체가 놓였을 때 획득하는 위치 에너지입니다.

따라서 물체가 중력장을 생성하는 질량에 가까울수록 중력 위치 에너지는 낮아집니다. 마찬가지로 물체가 중력장의 중심에서 멀어질수록 중력 위치 에너지는 더 커집니다.

중력 위치에너지 공식

한 지점에서의 중력 위치 에너지는 만유 중력 상수를 곱하고 중력장을 생성하는 질량을 곱하고 중력이 작용하는 질량을 두 질량 사이의 거리로 나눈 값과 같습니다.

즉, 중력 퍼텐셜 에너지의 공식은 다음과 같습니다.

$\displaystyle E_p=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}$

금:

$E_p$

중력 위치에너지는 국제 시스템에서 단위는 줄(joule)이다.
$G$

는 만유인력상수이고 그 값은 다음과 같다.

$6,674\cdot 10^{-11} \ N\cdot m^2/kg^2$

.
$M$

중력장을 생성하는 신체의 질량으로, 킬로그램으로 표시됩니다.
$m$

중력장이 작용하는 신체의 질량으로, 킬로그램으로 표시됩니다.
$r$

중력장을 생성하는 신체와 중력장의 효과를 받는 신체 사이의 거리를 미터로 표시합니다.

중력 위치에너지 계산의 예

중력 퍼텐셜 에너지의 의미를 살펴보았다면, 아래의 구체적인 예를 통해 이 물리량이 어떻게 계산되는지 확인할 수 있습니다.

질량 220kg에서 80cm 떨어진 곳에 있는 60kg의 물체가 얻는 중력 위치 에너지는 얼마입니까?

중력 위치 에너지를 결정하려면 위에서 본 공식을 사용해야 합니다.

$\displaystyle E_p=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}$

그러나 공식을 사용하려면 모든 값을 국제 시스템 단위로 표현해야 합니다. 따라서 계산을 수행하기 전에 먼저 거리를 미터로 변환해야 합니다.

$80 \ cm \div 100 =0,8 \ m$

이제 중력 위치 에너지에 대한 공식을 적용하고 그 값을 계산합니다.

$\begin{aligned} \displaystyle E_p&=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}\\ &=-6.674\cdot 10^{-11}\cdot \cfrac{220\cdot 60 }{0.8}\\ &=-1.10 \cdot 10^{-6} \ J\end{aligned}$

보시다시피, 중력 위치 에너지의 값은 일상 생활의 질량에서는 무시할 수 있습니다.

중력 위치 에너지의 특성

중력 퍼텐셜 에너지는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

중력 위치 에너지는 결코 양수일 수 없습니다.
그리고 그것은 0에서 무한대까지만 가능합니다.
따라서 중력 퍼텐셜 에너지는 항상 음수입니다.
또한 질량이 서로 가까워질수록 중력 위치 에너지는 감소합니다.
반면, 두 질량이 멀어지면 위치 에너지가 증가합니다.

중력 퍼텐셜 에너지와 중력 퍼텐셜

한 지점의 중력 전위는 물체를 무한대에서 중력장의 해당 지점까지 일정한 속도로 이동시키기 위해 힘이 해야 할 일을 나타냅니다.

따라서 중력 퍼텐셜 에너지와 중력 퍼텐셜은 다음 공식으로 관련됩니다.

$E_p=V\cdot m$

금:

$E_p$

는 한 지점의 중력 위치 에너지이며 줄(J)로 표시됩니다.
$V$

는 한 지점에서의 중력 잠재력이며, 단위는 J/kg입니다.
$m$

중력장에 놓여 있고 중력이 작용하는 물체의 질량으로, 킬로그램으로 표시됩니다.

중력 위치 에너지란 무엇입니까?

중력 위치에너지 공식

중력 위치에너지 계산의 예

중력 위치 에너지의 특성

중력 퍼텐셜 에너지와 중력 퍼텐셜

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