이 실험 소개
짐을 더 높이 들어 올리려면 더 많은 일이 필요합니다. 일이 같더라도 더 짧은 시간 안에 들어 올리려면 더 큰 동력이 필요합니다. 이상적인 호이스트를 사용해 짐의 무게와 높이를 비교한 다음, 소요 시간을 바꾸어 에너지 전달량과 에너지 전달률을 구분해 보세요.
학습 목표
- 다른 변수를 일정하게 유지하면서 들어 올리는 높이가 일에 어떤 영향을 미치는지 알아보세요.
- 그래프와 수치 판독값을 사용해 예측을 검증하세요.
- 물리적 가정과 이 모델이 더 이상 적용되지 않는 조건을 설명하세요.
사용 방법
- 120 kg의 하중을 5 s 동안 3 m 들어 올립니다. 일이 588.6 J이고 일률이 117.72 W인지 확인하세요.
- 2곡선을 저장한 다음 질량을 두 배로 늘리세요. 각 높이에서 일을 비교하세요.
- 3질량과 높이를 고정한 채 소요 시간을 절반으로 줄이세요. 어떤 표시값이 두 배가 되나요?
- 4높이를 0으로 설정하세요. 지지하는 힘은 0이 아닌데 일이 0인 이유를 설명하세요.
모델
가정
- 들어 올리는 동안 하중은 일정한 속도로 수직 이동합니다. 출발 및 정지 시의 과도 현상은 무시합니다.
- 기계적 손실은 없습니다. 일과 일률은 전기 입력이 아니라 하중에 전달되는 유효한 에너지를 나타냅니다.
수업에서 해 보기
- Q1두 모터가 같은 하중을 같은 높이까지 서로 다른 시간에 들어 올립니다. 어떤 물리량이 같나요?
- Q250 kg의 하중을 0.4 m/s로 들어 올리는 데 필요한 유효 일률은 얼마인가요?
자주 묻는 질문
힘은 왜 소요 시간에 따라 달라지지 않나요?
속도가 일정할 때 들어 올리는 힘은 무게와 균형을 이룹니다. 소요 시간을 줄이면 필요한 일정한 들어 올리는 힘이 아니라 속도가 증가합니다.
평균 출력은 순간 출력과 같은가요?
이 리프트가 이상적으로 일정한 속도로 움직이는 구간에서는 그렇습니다. 실제 모터는 부하를 가속하고 손실을 극복하는 데에도 전력이 필요합니다.