펌| 폭포의 역학적 에너지보존
Shin
1.땅에 떨어진 공은(자유낙하하는 경우) 처음
높이보다 더 높게 올라갈수 없다. 그러나 폭
포의 경우 폭포 밑으로부터의 물보라는 처음
높이보다 더높게 올라가는 경우가 있다. 그
이유는 무엇일까?
churry
물보라는 공이랑 상황이 다르다. 입자의 크기도 작아서 공기의 영향도 무척 많이 받으니까 당근, 공이랑 비교할 수 없다... 기억을 더듬어서 폭포를 봤을때를 생각해보라.... 물보라라는거 중력가속도대로 움직이지 않고 상당히 느리면서도 높이 올라간다.... 그러니까 공이랑 비교할 수 없다.... 아마도 물보라가 올라가는것에는 공기의 영향이 클것이라고 예상된다......
다만, 굳이 공과 비교하고 싶다면 이런 방법도 있겠습니다.
탕성이 좋은 공 두개를 포개서 떨어 뜨리면(같은 종류의 공이라고 할때) 위의 공은 원래 떨어뜨린 높이보다 높이 올라간다. 이것은 아래의 공이 바닥으로부터 튀겨 올라오는 힘과 위에 있는 공 자신이 튕겨 올라오는 힘이 합해져서 생기는 현상인데, 구체적인 값은 기억이 안나지만 두 공이 완전히 같고 모든 충돌에서의 탄성계수가 1이라면 원래 높이의 4배까지 올라간다..
바람따라~
[운동량 보존의 법칙], [에너지 보존의 법칙]이 바로 그것이죠.
비교적 작은 물체가 낙하하여 지구와 충돌하는 경우엔 [운동량 보존의
법칙]은 대체로 무시할 수 있답니다.
- 지구의 아주 미세한 운동속력 변화로 인해 충돌해온 물체(공 or 물)의 엄청
큰 운동속력 변화가 일어날 수 있으므로-
그래서, [에너지 보존법칙]만 생각하면 됩니다.
공의 경우 공이 여러 조각으로 분리되지 않는다면,
공의 나중의 역학적 에너지(운동에너지+위치에너지)는 처음의 역학적
에너지와 같게 되며(열 발생을 무시할 경우)
결국 처음 낙하하기 시작한 곳에서의 위치에너지가 튀어오른 후의
위치에너지와 같게 됩니다.
다시 말해 같은 높이까지 올라오게 됩니다.
(열과 소리의 발생을 고려하게 되면 처음의 위치에너지의 일부가 열에너지와
음파에너지로 전환됨에 따라 튀어오른 다음의 위치에너지는 처음보다
작아지게 되어, 처음 위치보다 작은 높이까지 올라올 수 있죠)
물의 경우에는 많이 다르게 되는데 그것은 떨어진 물의 일부분이 튀어오르기
때문이죠.
10 kg의 물이 10 m 높이에서 떨어져서 2 kg만이 튀어올랐다고 가정한다면,
10 kg의 물이 10 m 높이에서 가졌던 위치에너지는
9.8(m/s^2)*10(kg)*10(m)=980 J 이 되고요,
나중에 튀어오를 때 열에너지로 전환된 에너지가 40 %라고 하면(순전히
가정),
열로 전환된 에너지가 392 J = 94.08 cal => 물10kg의 온도를 0.009408 도
상승시킵니다.
나머지 역학적에너지 588 J 이 물 2 kg의 위치에너지로 전환된다면,
588(J)=9.8(m/s^2)*2(kg)*h(m),
h=30(m) 로 튀어오를 수 있겠네요.
물론 튀어오르는 물의 kg 수나 열로 전환되는 비율은 상황에 따라 다를 수
있겠지만, 비슷한 상황이 될 수 있겠네요.
적절한 답이 되었는지 모르겠습니다.
"Shin" <nob...@nowhere.com> wrote in message
news:afnto4$7dq$07$1...@news.t-online.com...
Jongsun Shin
의 올라가는 속도와 같은 높이에서 떨어지는 폭포수의 속도
를 비교해 보면, 올라가는 속도가 더 크리라고 생각이 안
되네요. 혹시 실제론 비슷할까요? 폭포에 가서 잘 관찰을 해
야 결론이 나겠군요.
처음 언급하신 공기의 역할이라면, 폭포수 표면 부근의 공
기의 흐름을 말하시는 건가요? 유체역학적으로?
혹시 다른 이유는 없을까요? 열역학적으로?
언제나 좋은 답변 고맙네요.
신종선
"churry" <s9...@sidae.uos.ac.kr> wrote in message
news:3d20344b$1...@news.uos.ac.kr...
Jongsun Shin
"바람따라~" <ww...@dreamwiz.com> wrote in message
news:afus4c$bqc$1...@hiline.shinbiro.com...
> 물체의 충돌과 관련하여 2가지 법칙을 생각해야 합니다.
> [운동량 보존의 법칙], [에너지 보존의 법칙]이 바로 그것이죠.
>
> 비교적 작은 물체가 낙하하여 지구와 충돌하는 경우엔 [운동량 보존의
> 법칙]은 대체로 무시할 수 있답니다.
> - 지구의 아주 미세한 운동속력 변화로 인해 충돌해온 물체(공 or 물)의 엄청
> 큰 운동속력 변화가 일어날 수 있으므로-
> 그래서, [에너지 보존법칙]만 생각하면 됩니다.
>
> 공의 경우 공이 여러 조각으로 분리되지 않는다면,
> 공의 나중의 역학적 에너지(운동에너지+위치에너지)는 처음의 역학적
> 에너지와 같게 되며(열 발생을 무시할 경우)
> 결국 처음 낙하하기 시작한 곳에서의 위치에너지가 튀어오른 후의
> 위치에너지와 같게 됩니다.
> 다시 말해 같은 높이까지 올라오게 됩니다.
> (열과 소리의 발생을 고려하게 되면 처음의 위치에너지의 일부가 열에너지와
> 음파에너지로 전환됨에 따라 튀어오른 다음의 위치에너지는 처음보다
> 작아지게 되어, 처음 위치보다 작은 높이까지 올라올 수 있죠)
>
같이 좀 더 자세히 생각해 보죠.
> 물의 경우에는 많이 다르게 되는데 그것은 떨어진 물의 일부분이 튀어오르기
> 때문이죠.
> 10 kg의 물이 10 m 높이에서 떨어져서 2 kg만이 튀어올랐다고 가정한다면,
너무 많다고 생각합니다. 1/100000000 (일분의 억) 정도면, 아직도 너무
많은가요?
> 10 kg의 물이 10 m 높이에서 가졌던 위치에너지는
> 9.8(m/s^2)*10(kg)*10(m)=980 J 이 되고요,
> 나중에 튀어오를 때 열에너지로 전환된 에너지가 40 %라고 하면(순전히
> 가정),
너무 많다고 생각합니다. 폭포 떨어지는 곳에 물이 그렇게 뜨거울
것 같지는 않습니다. 음파에너지로 소비되는 에너지가 얼마나 될
까요? 열보다는 소리로 전환되는 부분이 더 크지 않을런지요? 단순히
짐작.
> 열로 전환된 에너지가 392 J = 94.08 cal => 물10kg의 온도를 0.009408 도
> 상승시킵니다.
> 나머지 역학적에너지 588 J 이 물 2 kg의 위치에너지로 전환된다면,
> 588(J)=9.8(m/s^2)*2(kg)*h(m),
> h=30(m) 로 튀어오를 수 있겠네요.
> 물론 튀어오르는 물의 kg 수나 열로 전환되는 비율은 상황에 따라 다를 수
> 있겠지만, 비슷한 상황이 될 수 있겠네요.
>
> 적절한 답이 되었는지 모르겠습니다.
수치로 계산을 해 본 것이 재미있어서, 조금 더 정확히 해보자고
딴지 걸어 봤습니다.
음, 원리적으로는 역학적 에너지로도 충분히 설명이 가능 한 것 같은데,
실제로 그것이 가장 큰 이유일지는 의심이 가네요.
>
> "Shin" <nob...@nowhere.com> wrote in message
> news:afnto4$7dq$07$1...@news.t-online.com...
> > 출처: http://cafe.daum.net/physicscafe
> >
> > 1.땅에 떨어진 공은(자유낙하하는 경우) 처음
> > 높이보다 더 높게 올라갈수 없다. 그러나 폭
> > 포의 경우 폭포 밑으로부터의 물보라는 처음
> > 높이보다 더높게 올라가는 경우가 있다. 그
> > 이유는 무엇일까?
> >
>
>
신종선
Choncg
물론 에너지 보존법칙, 운동량보존법칙, 쥴의법칙등 모든 물리법칙이 위배될 수
없습니다. 많은 물이 낙하하여 그보다 적은량의 물을 자유낙하높이보다 높이
올릴 수 있는 것은 이들 법칙에 위배되지 않으므로 가능 합니다.
그러나 주 원인은 물이 낙하하면서 발생한 에너지는 갑자기 멈추지 못하고
수면의 진동 즉 파도를 만들 것입니다. 이때 수면에 부딫쳐 뒤어오르는 물과
뒤이어 떨어지는 물이 서로 부딫치면 상대적으로 충격속도는 하강 속도보다
빠르므로 튀어 오르는 물의 높이가 더 높아질 수 있습니다.
좀더 자세히 관찰해 보시면 수면의 출렁이는 파도와 튀어 오르는 물보라가
서로 관계가 있음을 알 수 있을 것입니다.
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"Shin" <nob...@nowhere.com> wrote in message
news:afnto4$7dq$07$1...@news.t-online.com...