일(wokr), 에너지(energy), 열(heat)

     일 : 물체가 이동하는 방향으로 일정한 힘 F를 가하여 거리 L만큼 움직일 때 한 일 W는

          W = F · L

     표준 단위는 N·m, 복합 단위는 줄(joule), 기호는 J

     관습 단위 : kg_f·m = 9.81N·m = 9.81Jlb_f·ft = 0.138kg_f·m = 1.36J 

     에너지 : 일을 할 수있는 능력, 여러 가지 형태로 변화 및 전환할 수 있다.

     위치 에너지(potential energy) : 질량 m인 물체가 기준면보다 높이 h만큼 높은 곳에서 가지는 에너지

     운동 에너지(kinetic energy) : 질량 m인 물체가 물체가 속도 v로 운동하고 있을 때 가지는 에너지

     열(heat) : 에너지는 서로 변환될 수 있으며, 에너지가 변환되거나 이동할 때에는 일이나 열의 형태를 취함

         표준단위는 J(줄)

         관습단위

              열화학 단위 : 1cal = 4.184J

              영국 열량 단위 : 1BTU(British thermal unit) = 252cal = 1,054.35J

    예제 1-7)

        erg, g_f·cm, kg_f·m를 에너지 표준단위인 J로 환산하여라.

    풀이)

예제 1-8)

    질량 100kg의 물체가 기준면에서 150m 높이에 있다. 위치 에너지는 얼마인가? 이 물체가 기준면에서 50m 높이로 자유낙하 하였다면 이 위치에서 위치 에너지 및 운동 에너지 및 속도는 얼마인가?

풀이)

    150m에서의 위치 에너지 = mgh = 100kg × 9.81m/s² × 150m = 147,150kg·m2/s² = 147,159J

    50m에서의 위치에너지 = mgh = 100kg × 9.81m/s² × 50m = 49,050J

    50m에서의 운동에너지 = 147,159 - 19,050 = 128,109J

    50m에서의 속도 =

       ∴ 

일률(동력, power)

     단위 시간에 하는 일의 량, 표준 단위 J/s, 새로운 단위 이름은 와트(watt), 기호는 W

        N․m/s = 1J/s = 1W

     관습단위 : hp(horse power), kg_f·m/s

        1hp = 70.04kg_f·m/s = 745.7W =550lb_f·ft/s

     일률에 시간을 곱하면다시 일 즉 에너지가 된다.

        1W·s = 1J

        1kW·h = 3.6× 106J = 3.6MJ = 860kcal

단위 환산

     모든 측정값은 적절한 단위로 표시, 단위계를 바꾸어 주는 것을 단위 환산

     단위 환산은 환산 인자를 이용하여 바꾸어 준다.

예제 1-9)

0.75ft는 몇 cm인가?

풀이)

1.00ft는 12.0inch와 같은 값이고 1.00in는 2.54cm와 같은 값을 가지므로

방법 ①

방법 ②

예제 1-10)

    10lb·ft/min²을 kg·cm/s²의 단위로 환산하여라.

풀이)

    10lb·ft/min²= ?kg·cm/s²