물리학1 칼럼: 구간에서 크기가 일정한 힘 F를 받는다.

[ 실전 TIP ] 융합 문제를 풀 때 알아두면 좋은 것 (운동량 vs 에너지)

*융합형 문항 풀이 전체적으로는 역학 전체가 쓰일 확률이 높지만, 풀이의 한 단계중에서 도구 선택에 관한 팁. 

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<물체가 운동하는 도중 힘을 받는 경우: 문제를 어떤 식으로 접근할 것인가>

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1. 운동량, 충격량 차원 -> 속도 변화량을 떠올리자.

  ① 시간  동안 힘 F를 받는 경우 (실제값 계산이 용이할 때)

  ② 힘이 작용하는 구간 I과 II의 이동 시간의 비율이 예쁜 경우

  ex) 구간 I을 통과하는 데 걸리는 시간은 구간 II를 통과하는 데 걸리는 시간 의 2배이다.

  : “시간” 조건과 “힘” 조건이 결합되면 운동량 차원의 풀이가 좋다.

 ->운동량 변화량을 살핀다는 것은 결국 속도 변화량을 관찰한다는 이야기.

 ① 속도 상댓값 비교, 

 ② 속도 변화량을  로 놓고 계산하여  를 알아내는 풀이

 로 이어짐.

[예시문항1 : 2017학년도 9월 모평 20번]

그림과 같이 물체가 높이 h인 곳에서 가만히 출발하여 마찰이 없는 면을 따라 높이 2h인 곳에 도달한다. 물체는 수평면 구간 A와 B를 지나는 도중에 각각 운동 방향으로 크기가 같은 힘 F를 같은 시간 동안 받는다. 높이 2h인 곳에 도달하였을 때 물체의 속력은 0이다. 

A에서 F가 물체에 한 일을 WA, B에서 F가 물체에 한 일을 WB라 할 때, WB/WA 는? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

① 2/3       ② 7/9       ③ 8/9       ④ 1       ⑤ 10/9

정답은 댓글에.

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2. 일, 에너지 차원 -> 에너지 상댓값 잡고 푸는 풀이로 이어지는 경우가 대부분

 ① 구간 거리가 주어져 있을 때

 ex) 구간 I과 구간 II의 길이는  로 같으며 두 구간에서는 운동 방향으로 힘  를 받는다. 

 ② 힘이 작용하는 구간 I과 II의 길이의 비율이 예쁜 경우

 : “길이 조건”과 “힘” 조건이 결합되면 일,에너지 차원의 풀이가 좋다.

-> 에너지 문제는 

① 운동에너지, 중력 퍼텐셜에너지의 상대값 비교, 

② 에너지 보존

을 이용하여 풀이하게 된다. 

(용수철이 있어도 본질은 변하지 않음, 탄성 퍼텐셜 에너지가 비교대상에 추가될 뿐)

[예시문항2 : 2019년 10월 학평 19번]

그림과 같이 물체가 마찰이 없는 연직면상의 궤도를 따라 운동한다. 물체는 왼쪽 빗면상의 점 a, b, 수평면상의 점 c, d, 오른쪽 빗면상의 점 e를 지나 점 f에 도달한다. 물체가 a, b를 지나는 순간의 속력은 각각 v, 4v이고, a~b 구간을 통과하는 데 걸리는 시간은 e~f 구간을 통과하는 데 걸리는 시간의 3배이다. 물체는 c~d 구간에서 운동 방향과 반대 방향으로 크기가 F인 일정한 힘을 받는다. b와 e의 높이는 같다.

e~f 구간에서 물체에 작용하는 알짜힘의 크기는? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

① 4F       ② 5F       ③ 7F       ④ 9F       ⑤ 10F

정답은 댓글에.