일

물리학에서 말하는 일

 물리학에서는 다른 물체에 힘을 가해서 힘이 작용하는 방향으로 물체를 운동(이동)시키는 것을 ‘일’이라고 한다. 이때 힘을 받은 물체가 운동하면 에너지가 달라진다. 따라서 일이란, 물체에 힘을 가해서 그 물체의 에너지를 변화시키는 것으로 정의할 수 있다. 손에 든 물체를 높이 들어 올리면 물체의 위치 에너지가 증가한다. 이때 ‘손이 물체에 대해 일을 했다’고 표현한다.

 일을 하면 위치 에너지 뿐 아니라 다른 에너지도 변화시킬 수 있다.

다양한 일

• 자동차 엔진이 일을 하면 자동차의 속도가 빨라지고 운동에너지가 증가한다.
• 풍력 발전기의 날개에 바람이 닿으면 바람이 날개를 회전시켜 전기 에너지가 발생한다.

 

일과 에너지의 관계

 물체A가 물체B에 대해 일을 하면 물체B의 에너지가 증가한다. 그러나 에너지 보존 법칙에 따르면 에너지의 총량은 절대 변하지 않는다. 따라서 물체B의 에너지가 늘어난 만큼 일을 한 물체A의 에너지는 반드시 줄어든다. 관점을 바꾸어 생각하면 물체A가 가지고 있던 에너지가 일을 통해서 물체B로 이동하는 셈이다.

 

일의 단위와 일률

 얼마나 일을 했는지 구체적인 값으로 나타낼 때는 ‘줄(J)’이라는 단위를 사용한다. 또 일을 하면 에너지가 달라지므로 에너지의 양을 나타내는 단위도 똑같이 ‘줄’을 쓴다.

일과 에너지의 단위, 줄(J)

• 1kg짜리 추를 1m 들어 올리면 약 10J의 일을 한 셈이다. 건전지 하나가 가진 전기 에너지의 양은 약 4,000J이다. 따라서 이 건전지로 1kg의 추를 1m 들어 올리는 일을 400번 쯤 할 수 있다.

 같은 양의 일이라도 단시간에 하는 편이 여러모로 도움이 된다. 그럴 때 흔히 능률적이라고 말하기도 한다. 물리학에서는 1초 동안 하는 일의 양을 ‘일률’이라고 하며, 수치로 나타낼 때는 ‘와트(W)’라는 단위를 사용한다. 전자레인지에 적힌 ‘500W’의 의미는 1초에 500J의 전기 에너지를 써서 식품을 데우는 일을 한다는 뜻이다.

 참고로 ‘줄’은 19세기 영국인 물리학자, ‘와트’는 18세기 영국인 기술자의 이름이다.