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대학물리학 (제4판) 연습문제 풀이 (4장)
물리학 (PHY1001)
Inha University
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1. 뉴턴의 운동 제 1 법칙에 따르면, 움직이는 물체는 그 속도를 일정하게 유지하려고 한다.
그러나 우리 주위에서는 대부분 움직이는 물체가 서서히 멈추어 서게 되는데, 그 이유는
무엇인지 설명하여라.
저항력 마찰력 등의 영향
2. 의 힘을 과 에 각각 가했을 때, 각 물체의 가속도는 얼마인가?
⇒
3. 마찰을 무시할 수 있는 수평트랙 위에 정지해 있던 물체에 의 힘을 수평
방향으로 초 동안 가했다. 이후 물체는 직선운동을 한다. 다음을 구하여라.
( 1 ) 이 힘으로 인한 물체의 가속도
⇒
( 2 ) 초기 초간 속력-시간, 이동거리-시간의 관계식
×
⇒
×
×
( 3 ) 이후 직선운동을 할 때 가속도와 속력
⇒
×
4. 화물이 실린 어떤 비행기의 무게가 ×
이다. 그 비행기의 엔진 추진력이
×
이라면 최저 이륙속력인 에 도달하기 위해 필요한 활주로의
길이는 최소 얼마인가?
×
×
×
≈
⇒
× ×
×
× ×
≈
5. 세 권의 책( , , )이 책상 위에 놓여 있다. 의 무게는 , 의 무게는 ,
의 무게는 이다. 에 작용하는 알짜힘은 얼마인가?
는 정지해 있으므로
6. 어떤 물체와 바닥면과의 정지마찰계수가 얼마인가를 측정하기는 쉽다. 바닥면 위에 어떤
물체를 놓고 바닥면 한쪽을 천천히 들어 올렸더니, 어느 각도에 이르러 물체가 미끄러져
내리기 시작하였다. 그 각도를 라 할 때, 정지마찰계수는 얼마인가?
m ax
cos
sin
cos
⇒ sin
cos
cos
sin tan
9. 질량 의 물체가 지표면에 놓여 있다.
( 1 ) 이 물체에 작용하는 수직항력은 얼마인가? 수직항력은 왜 나타나는지 설명하여라.
×
⋅
물체가 지표면을 누르는 힘에 대한 반작용으로
지표면도 물체를 떠받치는 힘이 작용한다
( 2 ) 만약 수직항력이 없다면, 물체는 어떻게 되는지 예상해 보아라.
중력에 의해 중력가속도로 가속운동한다
( 3 ) 이 물체를 수평방향으로 힘을 가해 끌고 가고 있을 때, 작용하는 운동마찰력을
구하여라. (운동마찰계수
)
× ×
⋅
( 4 ) 친구가 이 물체 위를 힘 으로 누를 때, 운동마찰력을 구하고, 결과를 ( 3 )과
비교하여라.
× ×
× ×
10. 그림과 같이 각도 로 경사진 빗면에 질량이 인 물체가 놓여 있다. 물체와 면 사이의
정지마찰계수는
이고, 운동마찰계수는
이다. 이때 빗면과 평행하게 크기가 인 힘을
가한다.
( 1 ) 이면 물체가 미끄러져 내려온다. 이 물체가 미끄러지지 않게 하려면 는 최소
얼마여야 하는가?
cos ⇒ cos
sin
sin cos ⇒ sin cos
sin cos
( 2 ) 이 물체가 빗면의 위쪽으로 가속도의 크기가 로 미끄러져 올라가고 있다면, 이때
가해진 힘의 크기 는?
sin
sin cos ⇒ sin cos
sin
cos
11. 질량이 인 물체에 질량이 인 밧줄을 연결하여 수평 방향으로 의
힘으로 끌고 있다.
( 1 ) 물체에 작용하는 힘은 얼마인가?
두 운동방정식을 더하면
⇒
×
( 2 ) 밧줄의 중간 부분에 작용하는 장력은 얼마인가?
두 운동방정식을 더하면
⇒
×
12. 마찰이 없는 책상 위에 두 물체가 그림과 같이 서로 접촉해 있다. 두 물체의 질량은
각각 과 이다. 의 힘을 의 물체에 수평으로 작용시킬 때,
( 1 ) 두 물체 간에 작용하는 힘을 구하여라.
두 운동방정식을 더하면
⇒
×
15. 그림과 같이 도르래를 통하여 연결된 두 물체가 있다. 수평면에 놓인 물체 (가)의 무게
는 이고, 줄로 매달린 물체 (나)의 무게는 이다. 물체와 수평면 간의 마찰
계수가 이라 할 때, 물체 (가)가 미끄러지지 않게 하기 위해 그 위에 놓아야 할 물체
(다)의 최소 무게는 얼마인가?
가
가
나
나
가
다
나
나
두 운동방정식을 더하면
나
나
미끄러지지 않는다면
나
나
가
다
나
가
다
가
다
나
다
나 가
16. 경사면 길이의 비가 5 : 3 인 두 경사면이 그림과 같이 서로 마주보고 있다.
두 경사면 위에는 물체 (가)와 물체 (나)가 끈으로 연결되어 평형을 유지하고 있다.
물체 (나)의 질량은 물체 (가)의 질량의 몇 배 인가?
cos
cos
sin
sin
두 운동방정식을 더하면
sin
sin
sin
sin
⇒
sin
sin
17. 그림 같이 담 너머에 있는 물체의 밑에 줄을 연결하여 일정한 힘으로 사람이 줄을 잡아
당기면 물체는 담 쪽으로 끌려온다. 물체와 바닥면 사이의 마찰은 무시하고 다음 물음에
답하여라.
( 1 ) 물체에 연결된 줄에 걸리는 장력의 세기는 물체의 위치에 따라 어떻게 변하는가?
줄에 걸리는 장력은 항상 잡아당기는 힘과 같다.
일정한 힘 로 줄을 잡아당긴다고 했으므로 줄에 걸리는 장력 도 항상 일정하다.
( 2 ) 이 물체의 가속도는 물체의 위치에 따라 어떻게 변하는가?
sin ⇒ sin
cos
cos
가 증가하면 cos가 감소하므로 는 감소한다
즉 잡아당길수록 는 감소한다
( 3 ) 물체가 바닥에서 받는 수직항력은 물체의 위치에 따라 어떻게 변하는가?
sin
sin
가 증가하면 sin가 증가하므로 은 감소한다
즉 잡아당길수록 는 감소한다
18. 아래 그림과 같이 질량이 으로 같은 두 물체가 마찰이 없는 경사면에 마찰이 없는
도르래를 통해 질량을 무시할 수 있는 끈으로 연결되어 있다. 초기에 왼쪽 물체는 지면에
닿아 있고 오른쪽 물체를 높이 에서 정지 상태로 떨어뜨린다고 하자.
(중력가속도는 이다.)
<다른 풀이>
오른쪽 물체가 지면에 닿는 순간 왼쪽 물체의 역학적 에너지는
왼쪽 물체가 최고점에 도달한 순간 왼쪽 물체의 역학적 에너지와 같아야 하므로
최고점의 수직 높이를 라고 하면
⇒
19. 아래 그림에서 질량 인 물체의 하향 가속도의 크기를 중력가속도 로 나타내어라.
(단, 도르래 질량은 무시한다.)
⋯⋯
⋯⋯
식 × 식
⇒
대학물리학 (제4판) 연습문제 풀이 (4장)
Course: 물리학 (PHY1001)
University: Inha University
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