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빗속의 자동차

빗속의 자동차 지붕이 없는 열차가 지면에 수직으로 쏟아지는 빗속을 마찰 없이 달리고 있다. 빗물이 계속 차안으로 떨어져 상당한 양이 차게 되었다. 담긴 빗물이 열차의 속도, 운동량 그리고 운동에너지에 미치는 영향을 알아 보자. 열차의 속도는 어떻게 변할까? a) 증가한다 b) 감소한다 c) 변함 없다 열차의 운동량은 어떻게 변할까? a) 증가한다 b) 감소한다 c) 변하지 않는다 열차의 운동에너지는 어떻게 될까? a) 증가한다 b) 감소한다 c) 안 변한다 첫째 문제의 답은 b), 두 번째는c), 세 번째는 d)다. 달리는 차의 운동량은 수평성분 뿐이고, 지면에 수직으로 떨어지는 빗방울은 수평성분 뿐이고, 지면에 수직으로 떨어지는 빗방울의 수평성분의 운동량이 없으므로 열차에는 운동량의 변화가 없다. 그러..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:56

두 대의 자전거와 여왕벌

두 대의 자전거와 여왕벌 두 명의 자전거 선수가 서로를 향해 매시 10km의 일정한 속력으로 달리고 있다. 두 사람의 사이의 거리가 20km가 되는 순간 한 마리의 여왕벌이 한 쪽 자전거의 앞바퀴에서 매시 25km의 일정한 속력으로 직선으로 날아와서 다른 자전거의 바퀴로 갔다. 여왕벌은 자전거 바퀴에 닿자말자 같은 속력으로 날아서 곧바로 반대쪽으로 돌아가는 왕복운동을 계속 되풀이하였다. 이러한 운동은 점점 짧아지면서 두 자전거가 충돌할 때까지 계속되어 불쌍한 여왕벌은 두 앞바퀴 사이에 끼여 납작쿵이 되었다. 그러면 두 자전거가 20km로 떨어져 잇던 순간부터 충돌할 때까지 여왕벌이 여행한 왕복운동의 거리는 모두 몇 km일까? (이 문제는 생각하기에 따라 매우 간단할 수도 또는 까다로울 수도 있다.) a)..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:53

펀치를 타다

펀치를 타다 한 권투선수가 상대 선수에게 턱을 한 방 얻어맞는 경우, 상대선수의 펀치가 가진 큰 운동량을 0으로 감소시키기 위해 충격력이 만들어진다. 이 충격력을 감소시키기 위해 권투선수는 몸을 뒤로 뺐다. 즉 "펀치를 탔다." 그 이유는? a) 충격의 속도를 줄이기 위해 b) 접촉 시간을 늘이기 위해 c) 펀치의 운동량을 감소시키기 위해 해 답 : 펀치를 타다 정답은 b). 충격량은 시간과 힘의 복합체이며 그것은 힘이 가해진 물체의 운동량을 변화시키는 주범이다. 이 문제의 경우 상대 선수의 주먹과 이 선수의 턱 사이에 작용한 힘에다 접촉한 시간을 곱한 값이 날아 온 펀치의 운동량이 변화한 값과 같다. 시간을 늘임으로써 충격력의 크기는 작아진다.(마치 건초더미와 시멘트 벽에 부딪쳤을 때와의 차이처럼!).
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:51

고무탄환

고무 탄환 똑같은 크기와 속도, 질량을 가진 고무 탄환과 알루미늄 탄환이 있다. 두 탄환을 세워둔 통나무에 쏘았을 때, Q1) 어떤 총알이 통나무를 쓰러뜨릴 확률이 가장 클까? a) 고무 탄환 b) 알루미늄 탄환 c) 둘 다 같다 Q2) 어느 총알이 나무에 가장 손상을 많이 입힐까? a) 고무 탄환 b) 알루미늄 탄환 c) 둘 다 같다. 해 답 : 고무 탄환 첫 번째 문제의 정답은 a), 두 번째는 b)다. 두 가지 경우 다 나무에 부딪칠 때 똑같은 운동량이 충격을 준다. 그러나 각각의 충격량은 다른데 그것은 고무 총알이 되튀는 반면 알루미늄 총알은 나무를 뚫고 들어가기 때문이다. 알루미늄 총알의 운동량은 모두 나무로 전이돼 총알이 정지하는 데 필요한 충격량을 만들게 된다. 그러나 고무 총알의 경우 충격..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:48

완전비탄성충돌

완전비탄성 충돌 1kg짜리 찰흙 덩어리가 정지한 상태의 또 다른 1kg짜리 찰흙덩이에 초당 1m의 속도 (1m/s)로 다가가고 있다. 퍽! 하고 충돌한 두 개의 찰흙덩이는 서로 달라붙어서 1개의 2kg짜리 덩어리가 되었다. 1kg짜리 찰흙 덩어리가 정지한 상태의 또 다른 1kg짜리 찰흙덩이에 초당 1m의 속도 (1m/s)로 다가가고 있다. 퍽! 하고 충돌한 두 개의 찰흙덩이는 서로 달라붙어서 1개의 2kg짜리 덩어리가 되었다. 이 2kg짜리 덩어리의 속도는 얼마일까? a) 0 m/s b) 1/2 m/s c) 2/3 m/s d) 1 m/s e) 2 m/s 이 2kg짜리 덩어리의 속도는 얼마일까? 해답) b. 충돌전과 충돌 후의 운동량의 합은 같다. 충돌전의 운동량 = 1이므로 충돌 후 2v=1에서 v=1/..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:46

완전 비탄성 충돌 응용

완전 비탄성 충돌 응용 초당 1m(1m/s)의 속도로 움직이는 질량 1kg의 찰흙 덩어리가 정지상태의 다른 1kg짜리 덩어리에 부딪쳤다. 충돌 후 달라붙은 두 덩어리는 또 다시 2kg짜리 1개의 찰흙덩어리가 되었다. 그러면 충돌 전 움직였던 덩어리의 운동에너지의 몇 %가 충돌하는 동안 열로 전환되었을까? a) 0% b) 25% c) 50% d) 75% e) 100% (운동에너지가 모두 열로 바뀜) 해 답 : 완전 비탄성 충돌 정답은 c). 움직이는 덩어리가 잃은 속도는 정지했던 덩어리가 얻어, 두 속도가 똑같아질 때까지 이 주고받기가 계속된다. 바꿔 말하면 움직이는 덩어리가 잃은 운동량은 정지했던 덩어리로 진다. 이것은 정지한 찰흙덩어리의 속도를 증가시킨 충격량이, 움직이는 조각의 속도를 감소시킨 충격량..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:42

속도와 에너지의 차이

속도와 에너지의 차이 정지해 있던 트럭이 언덕 1을 따라 내려가 거대한 건초더미를 뚫고 들어갔다. 또 다른 동일한 트럭이 역시 정지한 상태에서 언덕 1보다 2배가 높은 언덕2를 따라 내려가 똑같은 건초더미에 처박혔다. 언덕 1의 트럭과 비교해 볼 때 언덕 2를 내려온 트럭은 건초더미를 얼마나 더 뚫고 들어갔을까? a) 똑같은 정도 b) 2배 더 c) 3배 더 d) 4배 더 해 답 : 속도와 에너지의 차이 정답이 e)라고? 천만의 말씀! 만약 7km/h를 답으로 골랐다면 처음부터 다시 좀더 생각해 보시라. "에너지는 얼마일까?" 문제를 다시 보아도 좋다. 언덕을 내려가는 운동에서 운동에너지 문제는 일정량끼리 더해주면 되지만 속도는 그렇지 않다. 속도를 단순히 더한다면 3+4=7 이지만, 이것은 틀린 답이다..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:38

태클

태클 힘센 마이크는 몸무게가 90kg으로 미식축구 경기장을 4m/s의 속도로 달린다. 스피디(빠른) 곤잘레스는 몸무게가 겨우 45kg이지만 8m/s의 속도로 달린다. 폰더러스(무거운) 폰초는180kg이 나가고 겨우 2m/s의 속도로 달린다. Q1) 마이크를 저지시키는 데 가장 유리한 사람은 누구일까? a) 스피디 곤잘레스 b) 폰더러스 폰초 c) 둘 다 같다. Q2) 마이크의 뼈를 부러뜨릴 확률이 가장 큰 사람은? a) 스피디 곤잘레스 b) 폰더러스 폰초 c) 둘 다 같다. 해 답 : 태클 첫 번째 문제의 정답은 c). 운동량 보존: 마이크의 운동량은 스피디나 폰초의 운동량과 정확히 맞먹는다(90*4 = 45*8 = 180*2). 따라서 마이크가 충돌에 의해 정지하는 데 드는 충격량은 스피디나 폰초가 똑..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 19:36

강타

강타 물리학 수업시간에 아래 그림과 같은 실험을 하였다. 용감한 물리학 교수의 배 위에 얹은 모루는, 큰 망치의 운동량과 운동에너지 중 어떤 것을 더 차단할까? a) 운동량 b) 운동에너지 c) 둘 다 d) 어느 쪽도 아니다. 해 답 : 강타 정답은 b). 망치에서 모루로 전달된 운동량은 모두 교수에게 (그리고 결국 그를 받쳐주고 있는 지구까지) 전해진다. 모루는 교수를 망치의 운동량으로부터 차단하지 못한다. 조금도. 그렇지만 운동에너지의 경우는 다르다. 망치의 운동 에너지 중 상당량이 교수에게 전해지는 대시 모루에 흡수되어 열에너지로 바뀐다. 심하게 망치질을 한 수 망치 끝을 만져보면 따뜻해진 것을 알 수 있다. 요컨대 열이란 운동에너지의 종착역이다. 이제 망치와 모루 간의 충돌이 일어나는 과정을 좀 ..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 18:54

압축 공기속에서의 부력

압축 공기속에서의 부력 밀폐된 공간에 물이 담긴 컵이 있다. 그리고 컵 속에 탁구공 하나를 넣었더니 그림과 같이 탁구공이 떠 있었다. 만일 밀폐된 공간에 계속 공기를 집어넣어 공기 밀도를 더욱 높인다면 컵 속의 탁구공은 어떻게 될까? a) 낮게 가라앉는다. b) 높이 뜬다. c) 변화가 없다. 해 답 : 압축 공기속에서의 부력 답은 b). 탁구공을 물 속에 집어 넣으면 부력에 의해서 뜬다. 유체 속에서 물체가 받는 부력의 크기는 그 물체의 부피에 해당하는 유체의 무게와 같다. 이 경우에 탁구공은 두 유체(물과 공기)로부터 부력을 받는다. 즉 탁구공이 받는 총부력은 물 속에 잠긴 탁구공의 부피와 같은 공기의 무게를 합한 크기이다. 만일 밀폐된 용기 속에 공기를 더 넣으면 공기의 밀도가 증가하므로(압력이 커..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 15. 18:52