역학 에너지

역학 에너지는 이상적인 계 또는 중력만 작용하는 계에서 일정하게 유지된다. 여기서 이상적인 계라는 것은 마찰이나 저항 같은 힘의 소실이 없거나 그런 힘들이 무시될 수 있는 계를 말한다. 진자는 수직 위치에서 최대 운동 에너지와 최소 위치 에너지를 가지는데, 이때 속도는 최대이고 지상으로부터의 높이는 최소이다.

진자가 움직임에 따라 에너지는 위치 에너지와 운동 에너지의 두 형태 사이를 연속적으로 왔다갔다한다. 회전축에서의 마찰과 공기의 저항을 무시하면 진자의 운동 에너지와 위치 에너지의 합, 즉 진자의 총 역학 에너지는 일정하다. 실제로는 진자가 마찰력이나 공기의 저항에 대항해 계의 외부에 일을 해주기 때문에 진동의 양 끝점에서 그 양만큼 역학 에너지가 줄어든다. 지구·달 계의 역학 에너지는 규칙적으로 운동 에너지와 위치 에너지의 형태로 전환되지만 크기는 거의 일정하다. 거의 타원인 궤도에서 달이 지구로부터 가장 멀리 있을 때 달의 속도는 최소이다.

따라서 이때 운동 에너지는 최소이고 위치 에너지는 최대가 된다. 지구에 가장 가까운 지점에서 달은 가장 빨리 공전하고 이때 위치 에너지의 일부가 운동 에너지로 변환된다.