과학에서 일이란 힘을 가해 물체를 힘 방향으로 이동시켰을 때만 성립하고, 일 W는 힘 F와 거리 d의 곱으로 구해요.
벽을 아무리 세게 밀어도 벽이 움직이지 않으면 한 일은 0이 돼요.
일을 하면 에너지가 전달되어 운동 에너지나 위치 에너지가 늘어나고, 마찰이 없으면 둘의 합인 역학적 에너지는 보존돼요.
이 페이지에서는 힘과 거리를 바꿔 가며 일의 크기와 에너지 변화를 직접 살펴봐요.
과학에서 말하는 '일'이란?
📦 직관: 일상의 '일'과 과학의 '일'
①일상: 공부도 일, 생각도 일
②과학: 힘을 가해서 물체를 이동시켜야만 '일'
③벽을 아무리 세게 밀어도 벽이 안 움직이면 일 = 0!
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물체에 힘을 가해 이동시키며 일(W=Fd)을 계산하는 시각화
50 N
5 m
일과 에너지의 관계
⚡ 에너지 = 일을 할 수 있는 능력
①물체에 일을 하면 → 물체의 에너지가 증가
②높이 들어올리면 → 위치 에너지 증가
③속도를 높이면 → 운동 에너지 증가
에너지의 종류
🔋 운동 에너지와 위치 에너지
①운동 에너지: 움직이는 물체가 가진 에너지 (속력 클수록 ↑)
②위치 에너지: 높은 곳에 있는 물체가 가진 에너지 (높이 클수록 ↑)
③역학적 에너지 = 운동 에너지 + 위치 에너지
④마찰 없으면 역학적 에너지 보존!
총정리
일의 정의
W = F × d
일(J) = 힘(N) × 이동 거리(m)
운동 에너지
Ek = 12mv2
질량과 속력의 제곱에 비례
위치 에너지
Ep = mgh
질량 × 중력가속도 × 높이
🎯 시험 포인트
①일 = 힘 × 이동 거리 (단위: J = N·m)
②힘 방향과 이동 방향이 같아야 일
③일을 하면 에너지가 전달된다
④역학적 에너지 보존: E_k + E_p = 일정
⑤1J = 1N의 힘으로 1m 이동시킨 일
예제와 단원평가
예제 1
물체에 10 N의 힘을 가해 힘의 방향으로 5 m 이동시켰다. 이때 한 일은 몇 J인가?
1
일 = 힘 × 이동 거리(힘 방향과 이동 방향이 같을 때)이다.
2
일 = 10 N × 5 m = 50 J.
▸ 50 J (10 × 5 = 50)
1 J은 1 N의 힘으로 물체를 1 m 이동시킨 일이다.
예제 2
질량 2 kg인 물체가 3 m/s로 움직인다. 이 물체의 운동 에너지는 몇 J인가? (운동 에너지 = ½mv²)
1
운동 에너지 = ½ × 질량 × 속력² 이다.
2
½ × 2 kg × (3 m/s)² = ½ × 2 × 9 = 9 J.
▸ 9 J (½ × 2 × 3² = 9)
운동 에너지는 속력의 제곱에 비례하므로 속력이 2배가 되면 운동 에너지는 4배가 된다.
단원평가 유형
일과 에너지에 대한 설명으로 옳은 것은?
①벽을 세게 밀어도 벽이 움직이지 않으면 한 일은 0이다
②일의 단위는 N(뉴턴)이다
③운동 에너지는 속력에 정비례한다
④위치 에너지는 높이와 관계없이 일정하다
⑤힘의 방향과 이동 방향이 수직이어도 일을 한다
▸ ① 벽을 세게 밀어도 벽이 움직이지 않으면 한 일은 0이다
1
일의 단위는 J(줄)이고(②X), 운동 에너지는 속력의 제곱에 비례한다(③X).
2
위치 에너지 mgh는 높이에 비례하며(④X), 힘과 이동 방향이 수직이면 일은 0이다(⑤X). 이동이 없으면 한 일은 0이다(①O).