중학교 3학년 단원 2. 일과 에너지 2-1. 일.

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1 중학교 3학년 단원 2. 일과 에너지 2-1. 일

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3 학습목표 1. 과학에서 말하는 일을 설명할 수 있다. 2. 마찰력에 대한 일과 중력에 대한 일을 구분하여 설명할 수 있다. 3. 일의 양을 계산할 수 있다. 4. 도구를 사용할 경우 힘의 이득을 계산할 수 있고, 일의 원리를 이해할 수 있다. 5. 일률과 일 및 시간과의 관계를 알고, 에너지를 일과 관련 지어 알 수 있다.

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5 일이란 무엇인가? 일상생활에서의 일 ; 육체적 활동과 정신적인 활동을 포함한 모든 - 농사, 집 짓기, 청소, 물건 나르기 등
학습정리 일이란 무엇인가? 일상생활에서의 일 ; 육체적 활동과 정신적인 활동을 포함한 모든 활동 예) - 공부, 사무, 시험서류 작성 등 - 농사, 집 짓기, 청소, 물건 나르기 등

6 과학에서의 일? 과학에서 일이란 어떤 물체에 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동하였을 때에만 일을 하였다고 한다.
학습정리 과학에서의 일? 과학에서 일이란 어떤 물체에 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동하였을 때에만 일을 하였다고 한다.

7 과학에서 일이 0인 경우 학습정리 힘(F) = 0 예) 빙판에서 미끄러질 때 이동거리(s) = 0 예) 벽을 밀 때
예) 책상을 들고 수평이동할 때

8 학습정리 일을 한 경우와 일을 하지 않는 경우

9 학습정리

10 W = F × s 과학에서의 일의 정의 일 = 힘의 크기 × 힘의 방향으로 이동한 거리 학습정리

11 중력에 대하여 하는 일 학습정리 중력에 대한 일(W ) = 물체의 무게(w) Ⅹ 들어올린 높이(h)
= 9.8Ⅹ물체의 질량(m) Ⅹ 들어올린 높이(h) = 9.8mh

12 학습정리 마찰력에 대하여 하는 일 마찰력에 대한 일(W) = 마찰력( f ) Ⅹ이동한 거리(s) 마찰력(f ) 이동거리(s)

13 일과 힘의 크기와의 관계 학습정리 (1) 이동거리가 같을 때 일의 양 ∝ 힘의 크기 (2) 힘의 크기가 같을 때
일의 양 ∝ 힘의 크기 일 이동 거리 (2) 힘의 크기가 같을 때 일의 양 ∝ 이동거리

14 일의 단위 학습정리 (1) 일의 단위 : J(줄) (2) 1J : 1N의 힘으로 물체를 1m 이동시킬 때 한 일
1J = 1N × 1m = 1N·m (수평 이동) (3) 일의 단위와 같은 것 : J , Nm , Kg f·m) 1 Kg f·m = 9.8N × 1m = 9.8J (수직 이동) 1 Kg의 중력의 크기 = 1 Kg f (1Kg중) = 9.8N

15 학습정리 힘-이동거리의 그래프 힘 이동거리 사각형의 넓이 = 힘 × 이동거리 = 일의 양

16 고정 도르래 학습정리 줄을 당기는 힘(F ) =물체의 무게(w) 잡아당기는 줄의 길이(s) = 물체간 올라간 높이 (h)
일의 양 : F × s = w × h 사람이 한 일= 도르래가 한일 고정도르래를 사용하면 힘에는 이득이 없고, 힘의 방향만 바꿀 수 있다.

17 움직도르래 학습정리 줄을 당기는 힘 =물체의 무게의 ½ F= ½w 잡아당기는 줄의 길이 = 물체간 올라간 높이의 2배
2 h F h w F= ½w 잡아당기는 줄의 길이 = 물체간 올라간 높이의 2배 일의 양 : F × 2h = w × h = ½w × 2h = w × h 사람이 한 일= 도르래가 한일 고정도르래를 사용하면 힘에는 이득이 없고, 힘의 방향만 바꿀 수 있다.

18 복합도르래 학습정리 고정도르래와 움직도르래가 혼합된 형태 움직도르래 1개당 힘은 반씩 줄어들고, 이동거리는 2배씩 늘어난다 w
F F= ½w F= ¼w F= ¼w 움직도르래 1개당 힘은 반씩 줄어들고, 이동거리는 2배씩 늘어난다

19 작은 힘으로 무거운 물체를 움직일 때 사용하는 도구
학습정리 지 레 작은 힘으로 무거운 물체를 움직일 때 사용하는 도구 작용점 받침점 힘 점

20 지레를 사용할 때의 일 사람이 한 일=지레가 물체에 한 일
학습정리 지레를 사용할 때의 일 h s F a b w 지레의 원리 F × b = w × a 사람이 한 일=지레가 물체에 한 일 F × s = w × h 받침점이 작용점에 가까울수록 힘이 적게 든다.

21 학습정리 지레의 종류

22 빗면의 원리 F × s = w × h 학습정리 빗면에서의 일 빗면을 이용할 때의 힘 : 직접 들어올린 힘보다 작게 든다.
빗면을 이용할 때의 일 = 직접 들어 올린 일

23 학습정리 빗면을 이용한 여러 가지 경우 빗면을 이용하면 물체를 작은 힘으로 들어올릴 수 있다. 예) 산길, 나사, 계단

24 도구를 사용할 때 나, 사용하지 않을 때나 한 일의 양은 서로 같다. 단지, 힘의 이득이 있을 뿐이다.
학습정리 일의 원리 도구를 사용할 때 나, 사용하지 않을 때나 한 일의 양은 서로 같다. 단지, 힘의 이득이 있을 뿐이다.

25 일의 능률의 비교 학습정리 (가) (나) 같은 시간에 (나)는 (가)보다 더 많은 일을 함
5m 10N 같은 시간에 (나)는 (가)보다 더 많은 일을 함 같은 일을 하는데 (나)는 (가)보다 더 짧은 시간 이 걸림

26 일의 능률 학습정리 한 일의 양이 같을 때 일을 하는데 걸린 시간이 짧을수록 더 능률적이다. 일을 한 시간이 같을 때
 한 일의 양이 많을 수록 더 능률적이다.

27 학습정리 일률의 정의 일률이란?   단의 시간 동안 한 일의 양 일률을 나타내는 식 일의 양(W ) 걸린 시간(t ) 일률(P )

28 일률의 단위 일률의 단위 : W (와트) , 마력(HP) 1초 동안에 1J의 일을 할 때의 일률 1W = 1W = 1 J s
학습정리 일률의 단위 일률의 단위 : W (와트) , 마력(HP) 1초 동안에 1J의 일을 할 때의 일률 1W = 1W = 1 J s 1 N m s 일의 양 시간 힘 × 거리 일률 =

29 마력(HP) = 말 한 마리의 일률 1마력(HP) = 735W 전력을 나타내는 단위 : W 를 사용 학습정리
보통 말 1마리는 75kg의 물체를 1초 동안에 1m 들어올릴 수 있다. 전력을 나타내는 단위 : W 를 사용

30 일률과 시간, 일률과 일의 양의 관계 일률 ∝ 일의 양 1 일률 ∝ 걸린 시간 학습정리 (1) 시간이 같을 때 일률 일의 양
(1) 시간이 같을 때 일률 ∝ 일의 양 (2) 일의 양이 같을 때 일률 걸린 시간 일률 ∝ 1 걸린 시간

31 에너지 에너지 : 일을 할 수 있는 능력 에너지의 종류 : 위치에너지, 운동에너지, 열 에너지 학습정리
: 위치에너지, 운동에너지, 열 에너지 탄성 에너지, 전기 에너지

32 학습정리 에너지의 종류

33 학습정리 에너지 자원 에너지 자원 석유, 석탄, 천연 가스, 물, 바람, 태양 등 에너지의 자원의 근원 태양 에너지

34 일과 에너지와의 관계 일과 에너지는 서로 전환될 수 있다. 에너지의 단위 = 일의 단위 = J(줄)
학습정리 일과 에너지와의 관계 일과 에너지는 서로 전환될 수 있다. 물체에 일을 해 주면 에너지는 일의 양만큼 증가 물체가 일을 해주면 에너지는 일을 한 만큼 감소 에너지의 단위 = 일의 단위 = J(줄) 역학적 에너지 = 위치에너지 + 운동에너지

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36 성취기준 1. 일의 정의, 일의 원리, 일률을 설명할 수 있다 2. 일과 에너지의 관계를 설명할 수 있다. 3. 중력장에서 운동을 관찰하여 위치에너지의 변화를 설명할 수 있다. 4. 중력장에서의 운동을 관찰하여 운동에너지의 변화를 설명할 수 있다.

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38 다음 <그림>에서 과학적인 일을 한 경우를 모두 고르면?
탐구문제 1 다음 <그림>에서 과학적인 일을 한 경우를 모두 고르면? ③ ④ ⑤ ① ②

39 탐구문제 2 다음 중 과학에서 말하는 일을 한 경우가 아닌 것은? ① 바닥에 있는 가방을 책상 위로 올려놓았다. ② 책가방을 메고 계단으로 3층까지 올라갔다. ③ 무거운 책을 가만히 들고 서서 10분 동안 친구 를 기다렸다. ④ 자전거를 끌고 횡단보도를 지나갔다. ⑤ 동생의 그네를 밀어줬다.

40 탐구문제 3 다음 중 일의 단위는? ① J ② N ③ W ④ F ⑤ kgf

41 > > 탐구문제 4 다음 <보기>에서 일을 많이 한 것부터 순서대로 바르게 나열하여라.
(가) 3kg의 물체를 2시간 동안 들고 서 있었다 (나) 1kg의 물체를 1m 높은 곳으로 들어 올렸다 (다) 2kg의 물체에 2N의 힘이 작용하여 힘의 방 향으로 3m 이동하였다 > > 다 나 가

42 탐구문제 5 <그림>과 같이 수평면 위에 나무 도막을 놓고 일정한 속력으로 끌어당길 때, 용수철 저울의 눈금과 나무 도막의 이동 거리를 측정한 결과가 <표>와 같았다. 실험 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에서 한 일의 양을 비교하여라

43 = > 실험 결과 실험 용수철 저울의 눈금(N) 나무 도막의 이동 거리(m) 한 일의 양(J) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 2 3 A B
C > = C A B

44 탐구문제 6 <그래프>와 같이 정지해 있는 물체에 수평방향으로 3N의 힘을 작용하여 힘의 방향으로 4m만큼 이동시켰을 때, 한 일은? 힘 (N) 이동 거리(m) 3 4 J 12

45 탐구문제 7 다음 그림과 같이 질량이 4kg 인 물체를 5m 위로 들어 올렸다. 이 때 한 일은? ① 4 J ② 5 J ③ 20 J ④ 120 J ⑤ 196 J

46 탐구문제 8 다음 그림과 같이 질량이 200kg 인 바위를 500N 의 힘으로 밀었으나 움직이지 않았다고 한다. 이 때 사람이 바위에 한 일은? ① 0 J ② 98 J ③ 200 J ④ 500 J ⑤ 1960 J

47 탐구문제 9 다음 중 1J의 일의 양을 바르게 설명한 것은 ? ① 질량 1kg의 물체를 1m 들어올렸을 때 한 일 ② 무게 1N인 물체를 들고 수평 방향으로 1m 이동시켰을 때 한 일 ③ 물체에 1N의 힘을 작용하여 힘의 방향으로 1m 이동시켰을 때 한 일 ④ 물체에 9.8N의 힘을 작용하여 힘의 방향으로 1m 들어 올렸을 때 한 일 ⑤ 물체에 1N의 힘을 작용하여 힘의 방향과 수 직으로 1m 이동시켰을 때 한일

48 탐구문제 10 다음 그림과 같이 10kg 의 물체를 용수철 저울에 매달아 서서히 당겼을 때 저울의 눈금이 20N 을 가리켰다고 한다. 이때 틀린 설명은? ① 사람이 물체에 준 힘은 20N 이다. ② 사람은 중력에 대하여 일을 하였다. ③ 물체에 작용한 마찰력은 20N 이다. ④ 물체가 무거울수록 힘이 더 많이 든다. ⑤ 힘의 방향과 물체의 이동 방향이 같다.

49 탐구문제 11 다음 그래프는 물체에 작용한 힘과 이동 거리와의 관계를 나타낸 것이다. 물체를 5m 이동시키는 동안 한 일은 모두 몇 J 인가? ① 20 J ② 40 J ③ 90 J ④ 130 J ⑤ 200 J

50 다음 중 힘의 크기가 같을 때 일의 양과 이동거리와의 관계를 바르게 나타낸 그래프는?
탐구문제 12 다음 중 힘의 크기가 같을 때 일의 양과 이동거리와의 관계를 바르게 나타낸 그래프는? 일 이동 거리 ① ② ③ ④ ⑤

51 탐구문제 13 그림과 같은 여러 가지 도구를 이용하여 무게가 300N인 물체를 바닥으로부터 1m 들어 올렸다. 다음 설명 중 옳은 것은? (단, 줄과 도구 사이의 마찰, 도구의 무게는 무시) ① 힘이 가장 적게 든 것은 A이다. ② 든 힘이 많을수록 한 일의 양이 많다. ③ 일을 가장 많이 한 것은 B이다. ④ B의 경우 당겨야 하는 줄은 물체가 올라간 높이의 반이다 ⑤ C의 경우, 물체 무게보다 작은 힘으로 들어올릴 수 있다.

52 탐구문제 14 <그림>과 같이 움직 도르래를 이용하여 무게가 400N인 물체를 1.5m 들어 올렸다. 다음 설명 중 옳지 않은 것은? (단, 도르래의 무게는 무시한다.) h w ① 일의 이득은 없다. ② 힘의 이득은 100N이다. ③ 한 일의 양은 600J이다. ④ 줄을 3m 당겨 올려야 한다. ⑤ 줄을 당길 때 필요한 힘은 200N이다.

53 탐구문제 15 <그림>과 같이 움직 도르래(A)와 고정 도르래(B)를 사용하여 무게 16N인 추를 천천히 0.5m 끌어 올렸다. 실험 결과를 나타낸 아래 표에서 (가)와 (나)에 알맞은 값은? (단, 용수철과 도르래의 무게는 무시한다) (A) (B) 구분 용수철저울의 눈금(N) 추의 이동거리(m) 한 일(J) (A)를 사용 (가) 0.5 8 (B)를 사용 16 (나) (가) 8 N (나) 8 J

54 탐구문제 16 <그림>과 같이 질량 10kg인 물체를 A는 마찰이 없는 빗면을 따라 끌어올리고, B는 직접 끌어올렸다. 이 때 A와 B가 물체를 끌어올리기 위해 작용한 힘의 비  FA : FB는 얼마인가? FA : FB = (         :          ) 3 5

55 탐구문제 17 다음 그림과 같이 기울기가 다른 빗면 A~D를 사용하여 물체를 끝까지 끌어올렸다. 다음 중에서 일을 가장 많이 한 경우는? (단, 마찰은 무시한다) ① A ② B ③ C ④ D ⑤ 모두 같다.

56 탐구문제 18 다음 설명 중 옳은 것은? ① 지레는 받침점의 위치에 상관없이 항상 힘의 이득이 있다. ② 빗면을 이용하면 항상 힘의 이득이 있다. ③ 빗면의 길이가 짧을수록 일의 이득이 크다. ④ 여러 도구들을 이용하면 힘을 작용시켜야 하 는 거리의 이득을 볼 수 있다. ⑤ 도구를 이용하여 일을 하면 항상 일의 이득을 볼 수 있다.

57 탐구문제 19 그림과 같이 빗면에서 질량 10kg의 물체를 50N의 힘으로 빗면을 따라 2m 끌어올렸을 때 한 일의 양은 몇 J인가? ① 20 ② 98 ③ 100 ④ 196 ⑤ 300

58 탐구문제 20 다음 그림과 같이 무게가 200N 인 물체를 A에 놓고 B에서 힘을 주어 이 물체를 들어올리는 데 50N 의 힘이 필요하였다. B의 움직인 거리가 0.8m 라면 A의 움직인 거리는 몇 m인가? ① 0.1m ② 0.2m ③ 0.3m ④ 0.4m ⑤ 0.5m A B 200N 50N

59 탐구문제 21 그림과 같이 무게 400N 인 물체를 A점에 놓고, 지레의 오른쪽 끝에서 힘을 주어 물체를 0.5m 만큼 들어올렸다. 지레의 오른쪽 끝에서 사람이 작용한 힘은 몇 N인가? N 100

60 탐구문제 22 어떤 병의 뚜껑을 열려면 200N의 힘이 필요하다고 한다. 그림과 같이 병따개를 이용하여 열려면 최소한 몇 N의 힘을 주어야 하는가? ① 10N ② 20N ③ 30N ④ 40N ⑤ 50N 8cm 2cm

61 탐구문제 23 오른쪽 그림과 같이 무게가 20N인 움직도르래 하나를 이용하여 질량이 10kg인 물체를 3m 끌어 올렸다. 이때 잡아당기는 힘의 크기는?(단, 1kg의 중력의 크기는 9.8N이다.) F 20N 10kg 3m ① 15N ② 30N ③ 59N ④ 118N ⑤ 300N

62 탐구문제 24 일률에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 일률의 단위는 W(와트)이다. ② 일률은 1초 동안에 한 일의 양을 나타낸다. ③ 일률이 클수록 같은 시간에 더 많은 일을 할 수 있다. ④ 일률은 한 일의 양에 비례하고, 걸린 시간에 반비례 한다. ⑤ 일률이 클 수록 같은 양의 일을 하는데 걸리 는 시간이 길다.

63 탐구문제 25 100kg의 물체를 10m 높이까지 끌어올리는 일을 할 때, 도르래를 이용하면 20초가 걸리고, 전동기를 이용하면 2초가 걸렸다. 전동기의 일률은 도르래의 일률의 몇 배인가? ① 0.1 배 ② 2 배 ③ 5 배 ④ 10 배 ⑤ 20 배

64 탐구문제 26 오른쪽 그림과 같은 계단을 걸어서 올라갈 때(가)와 뛰어서 올라갈 때 (나)의 일률에 대하여 바르게 설명한 것은? ① 걸린 시간이 많은 (가)의 일률이 크다. ② 걸린 시간이 적은 (나)의 일률이 크다. ③ 한 일의 양이 많은 (가)의 일률이 크다. ④ 한 일의 양이 같으므로 일률은 같다. ⑤ 한 일의 양이 많은 (나)의 일률이 크다.

65 탐구문제 27 1층에 있는 같은 무게의 상자를 2층까지 들어올리는데 A는 10초, B는 20초, C는 30초 걸렸다. 세 사람의 일률의 비는 ? A : B : C = 6 : : 3 2

66 탐구문제 28 다음의 각 경우에 증가한 에너지의 종류를 쓰시오. ① 물체를 높은 곳으로 들어 올렸다. ② 자동차의 엑셀을 밟았더니 속력 이 빨라졌다. ③ 석유 난로를 켰더니 따뜻해졌다. ④ 식물이 햇빛을 받아 광합성을 하 여 양분을 만들었다. 위치에너지 운동에너지 열에너지 화학에너지

67 탐구문제 29 다음 물음에서 각각 한 일의 양을 구하고, 어느 경우에 에너지를 가장 많이 소비하는가? ① 200N의 마찰력이 작용하는 수레를 20m 끌 고 갔을 때 ② 무게가 50N인 짐을 12m 높이까지 들어 올 렸을 때 ③ 무게가 1500N 인 역기를 든 상태로 10분간 가만히 서 있었을 때 J 4000 J 600 J

68 탐구문제 30 다음 에너지 원과 에너지의 종류를 바르게 연결하시오 에너지 원 에너지 종류 전류  햇빛   우라늄   고온의 수증기  늘어난 용수철     운동하고 있는 물체   높은 곳에 있는 물체 석탄, 석유, 천연가스 원자력에너지 화학에너지 운동에너지 중력위치에너지 빛에너지 탄성위치에너지 열에너지 전기에너지

69 다음은 에너지 전환과정과 그에 해당하는 기구를 나열한 것이다. 해당되는 것 끼리 짝지으시오
탐구문제 31 다음은 에너지 전환과정과 그에 해당하는 기구를 나열한 것이다. 해당되는 것 끼리 짝지으시오 에너지 전환 기구 전동기 엘리베이터  텔레비전 라디오 전축 전구 형광등  다리미 헤어드라이어 1. 전기에너지 → 빛 에너지   2. 전기에너지 → 소리에너지   3. 전기에너지 → 역학적에너지  4. 전기에너지 → 열에너지    5. 전기에너지 → 빛+소리에너지

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71 핵심정리 과학에서 일이란? 어떤 물체에 힘을 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동한 경우 일을 계산하는 식은? W = F × s

72 J(줄), kgf·m(9.8J) 일의 단위는? 과학에서 일이 0인 경우? 힘(F) = 0 이동거리(s) = 0
핵심정리 일의 단위는? J(줄), kgf·m(9.8J) 과학에서 일이 0인 경우? 힘(F) = 0  이동거리(s) = 0 힘의 방향(F)⊥이동 방향 (s)

73 = 9.8Ⅹ물체의 질량(m)Ⅹ들어올린 높이(h)
핵심정리 마찰력에 대하여 하는 일 = 마찰력( f ) Ⅹ이동한 거리(s) 중력에 대하여 하는 일 = 물체의 무게(w) Ⅹ 들어올린 높이(h) = 9.8Ⅹ물체의 질량(m)Ⅹ들어올린 높이(h)

74 고정도르래를 사용하면? 움직도르래를 사용하면? 핵심정리 힘에는 이득이 없고, 힘의 방향만 바꿀 수 있다.
 힘에는 이득이 없고, 힘의 방향만 바꿀 수 있다. 움직도르래를 사용하면? 힘에는 이득이 있으나, 일에는 이득이 없다. 움직도르래 1개를 사용하면 물체를 당기는 힘은 반으로 줄어든다. 당겨야 하는 줄의 길이는 물체가 올라간 높이의 2배이다.

75 움직도르래 1개당 힘은 ½씩 줄어들고, 이동거리는 2배씩 늘어난다.
핵심정리 복합 도르래를 사용하면 ? 움직도르래 1개당 힘은 ½씩 줄어들고, 이동거리는 2배씩 늘어난다. 지레를 사용할 때의 일? 지레의 원리 F × b = w × a 사람이 한 일= 지레가 물체에 한 일

76 지레의 종류? 빗면을 사용할 때의 힘? 핵심정리 받침점의 위치에 따라 1종 지레, 2종 지레, 3종 지레로 나눈다.
받침점의 위치에 따라 1종 지레, 2종 지레, 3종 지레로 나눈다. 빗면을 사용할 때의 힘? 빗면을 이용할 때의 힘은 직접 들어올리는 힘보다 작게 든다. 빗면을 이용하면 물체를 작은 힘으로 들어올릴 수 있다.

77 빗면을 사용할 때의 일? 빗면을 사용하거나 직접 들어올리는 일은 같다. 빗면을 이용한 것 들 산길, 나사 , 계단 등 있다.
핵심정리 빗면을 사용할 때의 일? 빗면을 사용하거나 직접 들어올리는 일은 같다. 빗면을 이용한 것 들 산길, 나사 , 계단 등 있다.

78 단의 시간 동안 한 일의 양 일률이란? 일률을 나타내는 식 일의 양(W ) 걸린 시간(t ) 일률(P ) 일률의 단위 :
핵심정리   단의 시간 동안 한 일의 양 일률이란? 일률을 나타내는 식 일의 양(W ) 걸린 시간(t ) 일률(P ) 일률의 단위 : W (와트) 1W = 1 J s 1 N m s

79 일률 ∝ 일의 양 1 일률 ∝ 걸린 시간 에너지 : 일을 할 수 있는 능력 핵심정리 일의 양과 일률과의 관계
일률 ∝ 일의 양 걸린 시간과 일의 양의 관계 일률 ∝ 1 걸린 시간 에너지 : 일을 할 수 있는 능력

80 일과 에너지는 서로 전환될 수 있다. 에너지의 단위 = 일의 단위 = J(줄) 역학적 에너지 = 위치에너지 + 운동에너지
핵심정리 일과 에너지는 서로 전환될 수 있다. 에너지의 단위 = 일의 단위 = J(줄) 역학적 에너지 = 위치에너지 + 운동에너지

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82 차시예고 단원 2. 일과 에너지 2-2. 역학적 에너지

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