새로운 물리학 5장 일과 에너지 연습문제 풀이

소개

물리학교재편찬위원회역 새로운 물리학책의 5장 일과 에너지 연습문제 홀수번 풀이입니다. 각 문제 마다 그림판으로 자세히 그림을 그려 넣고 숫자와 분수, 단위는 수식으로 나타내고 자세한 풀이 과정이 있어 정말 도움이 되실 거라 생각합니다. 새로운 물리학책으로 공부하지 않으신 분도 일과 에너지에 관해 많은 도움이 되실 겁니다

목차

문제1>한 역도 선수가 350N의 역기를 바닥에서 수직으로 2m 들어 올렸다. 만약 이 역도 선수가 일정한 속력으로 역기를 들어 올렸다면, 이때에 한 일은 얼마인가?

문제3>질량이 5kg인 벽돌이 정지해 있다가 30도 기울어진 거친 경사면을 따라 2.5m아래 로 미끄러졌다. 벽돌과 경사면 사이의 운동 마찰계수가 = 0.436이다.
(a)중력이 한 일을 구하라.
(b)벽돌과 경사면 사이의 마찰력이 한 일을 구하라.
(c)수직 항력이 한 일을 구하라.

문제7>질량이 2g인 총알이 300m/s의 속력으로 총구에서 발사되었다.
(a)이 총알의 운동에너지를 구하라.
(b)이 총알이 길이가 50cm 인 총구를 지나면서 팽창된 기체에 의해 받는 힘을 구하 라.

문제9>질량이 인 롤러코스터가 높이가 가장 높은 A지점에 놓여 있다가 50m를 이동하여 수평 방향으로부터 각도가 40도인 아래쪽의 B지점에 도착하였다.
(a)B지점을 중력 위치 에너지가 0인 기준점으로 잡고, A지점과 B지점에서의 위치에 너지를 구하고, 이 점들 사이의 위치에너지 차이를 구하라.
(b)A지점을 중력 위치 에너지가 0인 기준점으로 잡고 (a)과정을 반복하여라.

문제11>몸무게가 40N인 아이가 길이가 2m인 줄에 매달린 그네에 타고 있다. 아이가 가장 낮은 지점에 있을 때를 기준으로 하여 (a)줄이 지면과 수평을 이룰 때, (b)줄이 수직 선과 30도의 각도를 이룰 때, 그리고 (c)가장 낮은 지점에 있을 때의 중력 위치 에 너지를 구하라.

문제13>질량이 200g 인 물체가 반지름 R = 30cm 인 매끄러운 반구 모양의 그릇 안쪽의 A지점에서 정지해 있다가 운동을 시작하였다. (a)B지점을 기준으로 한 A지점의 상 대적인 중력위치에너지, (b)B지점에서의 운동에너지, (c)B지점에서의 운동 속도, (d)B지점을 기준으로 한 C지점에서의 위치 에너지와 운동에너지를 구하라.

문제15>어떤 물체가 수평면과 60도의 각도로 40m/s의 초기 속도를 갖고 발사되었다. 에너 지 보존의 원리를 이용하여 이 물체가 포물선 운동을 하는 동안 다다를 수 있는 가 장 높은 높이를 구하라.

문제17>70kg의 다이빙 선수가 10m의 다이빙대에 서 있다가 수직으로 물로 뛰어 들었다. 만약 이 다이빙 선수가 물 속 5m에서 정지 했다면, 물이 이 선수에게 가한 평균 저 항력은 얼마인가?

문제19>질량이 10kg인 벽돌이 기울기가 30도 이고 길이가 3m인 마찰이 없는 경사면을 따 라 미끄러져 바닥까지 내려왔다. 벽돌이 경사면의 바닥까지 내려와서 계속 운동하 여 5m를 더 가서 멈추었다.
(a)벽돌이 경사면의 바닥에 내려왔을 때의 속력은?
(b)벽돌과 수평면 사이의 운동마찰계수는?
(c)마찰에 의한 역학적 에너지 손실을 구하라.

문제21>질량이 70kg인 스키 선수가 전동기로 움직이는 밧줄을 잡고 경사면을 오르고 있다.
(a)(마찰이 없다고 가정하고)30도의 경사면을 일정한 속력 2m/s로 60m 끌려 올라 갈 경우 얼마의 일이 필요한가?
(b)이 일을 하는 동안 전동기가 해야 할 일률은 얼마인가?

문제23>인 자동차가 정지 상태에서 12초 동안 일정하게 가속하여 10m/s의 속력을 갖게 되었다. 이 기간 동안 공기에 의한 저항력이 400N으로 일정하다면,
(a)이 자동차의 엔진에서 발생하는 평균 일률을 구하라
(b)시간이 12초 일 때의 순간 일률을 구하라.

본문내용

문제3>질량이 5kg인 벽돌이 정지해 있다가 30도 기울어진 거친 경사면을 따라 2.5m아래 로 미끄러졌다. 벽돌과 경사면 사이의 운동 마찰계수가 = 0.436이다.
(a)중력이 한 일을 구하라.
벽돌의 자유물체도를 그려 보면 위와 같은데 일은 변위방향의 힘의 성분과 그 크 기(거리)와의 곱과 같기 때문에 실제적으로 중력에 의해서 mgsin30° 변위방향으 로 2.5m 움직인 것이므로 식은
W = (mgsin30°)(2.5m) = (5kg)(9.8)sin30° (2.5m) = 61.25J 이 된다.
(b)벽돌과 경사면 사이의 마찰력이 한 일을 구하라.
일단 마찰력 f를 알아야 한다.
f = n 인데 마찰계수는 알고 있으나 수직항력 n 을 모르기에 또다시 n 을 구해야 한다.
위의 자유물체도에서 y끼리 더해보면
∑Fy = n - mgcos30° = 0 이다. 여기서 n = mgcos30° 라는 것을 알 수 있고,
계산해 보면 n은 42.44N이 나온다.
그렇다면 f = (0.436)(42.44N) = 18.5N 이 나온다.
마찰력 또한 벽돌이 비탈면을 내려가면서 계속 벽돌에 작용했기 때문에 마찰력이 작용한 거리 또한 2.5m가 된다. 그러므로 일 W는
W = (18.5N)(2.5m) = 46.25J 이 된다.
여기서 주의 할 점은 벽돌의 반대 방향으로 마찰력은 작용하기 때문에 일에 - 부 호를 붙여주어야 한다. 그러므로 답은 -46.25J 이 된다.
(c)수직 항력이 한 일을 구하라.
벽돌은 비탈면을 기준으로 미끄러져 내려오면서 x방향으로만 움직였지, 수직항력의 y방향으로는 실질적인 움직임이 없었다. 그러므로 움직인 거리가 없기에 한 일도 0 가 된다.

참고자료

· 없음