힘, 에너지, 일, 파워, 일률, 순간에너지, 평균에너지란? 수식(Force, Power, Energy, Work, Equation)

 

목차

 

 

 

해당 내용은 유투브 강의 혁펜하임의 강의를 기초해서 정리한 자료 입니다. 

 

 

힘(Force)이란?

 

우선 힘(Force)에 대한 정의 부터 파워(Power), 에너지(Energy), 일(Work)에 대한 정의가 이루어 집니다.

 

힘은 위와 같은 수식으로 시편의 무게에 가속도를 곱하는 것으로 뉴턴(Newton)에 의해 "정의"된 값입니다. 즉, 힘에 대한 정의는 위와 같이 약속이 된 것입니다. 단위는 N 또는 kgf을 사용합니다.

 

• 단위: N, kgf

 

 

 

일(Work)이란?

 

일이란 물체가 이동하는 방향으로의 힘에 물체가 이동한 거리를 곱한 값입니다. 단위는 Nm 또는 J을 사용 합니다.

 

• 단위: Nm, J

 

 

 

 

에너지(Energy)이란?

 

흔히 운동에너지, 위치에너지에 대한 얘기를 들어보셨을 겁니다. 에너지란 물체에 일(Work)을 해줌으로서 발생하는 물리량으로 아래와 같이 시간에 따라 적분하여 계산합니다. 아래 수식은 t1에서 t1에서 발생한 에너지 입니다.

 

 

 

그리고 일을 시간에 따라 적분하였기 때문에 일과 같은 단위 인 쥴[J]이나 Nm[뉴턴 미터]를 사용 합니다.

 

• 단위: J or Nm

 

 

 

 

일률, 파워(Power)란?

파워 또는 일률이라고 불리는 값은 일을 시간에 따라 미분한 값입니다. 단위는 J/s 나 전기에서는 와트(Watt, W)를 사용 합니다.

 

• 단위: J/s, Nm/s, W

 

가령 전력에서 시간에 따라 변화하는 값은 전압(Voltage)이나 전류(Current)가 될수 있습니다. 이를 통해 전력을 계산하면 아래와 같이 쓸 수 있습니다. 

 

 

위 처럼 파워는 제곱 형태로 표현이 됩니다. 위 제곱 형태를 시간에 따라 적분한 값이 에너지이기 때문에 위의 에너지 식이 제곱을 적분한 형태로 나옵니다. 

 

 

 

 

 

평균, 순간 파워(Average, Instantaneous Power)란?

 

순간 파워?

 

앞서 시간에 영향을 받는 인자로 파워를 표현하면 제곱으로 된다고 하였습니다. 순간파워는 아래와 같이 시간(t)에 따라 변하는 함수에 제곱을 한 형태입니다. 

절대값을 사용한 이유는 복소수를 처리하기 위해 절대값을 넣었습니다. 실제 물리 현상에서는 복소수 값이 없지만 계산의 용이성에 의해 복소수를 사용해서 계산을 합니다.

 

 

 

평균 파워?

 

앞서 에너지를 시간으로 나눠 주면 위와 같이 t2에서 t1에서의 평균 파워를 계산 할 수 있습니다.