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공기가 들어올 때와 나갈 때

이번에는 어려운 문제다. 공기를 압축시켜 넣은 깡통에 구멍을 내서 공기가 오른쪽으로 빠져나가면 깡통은 마치 로켓처럼 왼쪽으로 움직인다. 이번에는 내부가 진공인 깡통에 구멍을 낸다. 공기가 깡통 구멍을 통해 왼쪽으로 들어간다. 진공상태가 공기로 메워지면 이 깡통은 어떻게 움직일까? a) 왼쪽으로 b) 오른쪽으로 c) 움직이지 않는다 해 답 : 공기가 들어올 때와 나갈 때 정답은 c) 움직이지 않는다이다. 의외의 답이라고 생각할 수 있을 것이다. 왜 그런지 살펴보자. 그림 I에서 물을 가득 담은 수레는 오른쪽으로 가속되는데 그것은 오른쪽 벽에 대한 물의 힘이 왼쪽 벽에 대한 물의 힘보다 크기 때문이다. 왼쪽에 대한 힘이 작은 이유는 배출구에 작용하는 힘은 수레에 가해지지 않기 때문이다. 공기가 든 깡통의 경..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:36

정지거리

정지거리 매시 10km의 속도로 달리는 차가 있다. 운전자가 브레이크를 밟은 후 차는 3m를 더 앞으로 나갔다. 똑같은 차가 매시 20km의 속도로 달리다가 브레이크를 밟으면 얼마나 더 앞으로 나갈까? a) 3 m b) 6 m c) 9 m d) 12 m e) 15 m 정답은 d) 12 m이다. 차를 멈추는 것은 돌멩이를 공중에 똑바로 던져올리는 것과 같은 이치다. 브레이크는 차를 멈추게 하는 일정한 크기의 힘을 가하게 된다. 돌멩이에도 운동을 멎게 하는 중력에 의한 일정한 힘이 계속 작용한다. 공중에 위로 던져진 돌멩이가 어떻게 운동하는지 알려면 자유낙하하는 물체를 촬영한 필름을 머리속으로 거꾸로 돌려보면 된다. 돌멩이의 낙하속도를 2배로 하려면 낙하시간을 2배로 해야 하고 따라서 낙하거리는 자동적으로 ..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:11

속도와 에너지의 차이

언덕 위에 정지해 있던 트럭이 아래로 달려 내려오기 시작해서 골짜기에서의 속도는 매시 4km였다. 이번에는 정지해 있는 대신 초속도 매시 3km를 가진 트럭이 아래로 달려 내려왔다. 골짜기에 다다랐을 때의 속도는 얼마일까? a) 매시 3km b) 매시 4km c) 매시 5km d) 매시 6km e) 매시 7km 해 답 : 속도와 에너지의 차이 정답은 c) 매시 5km이다. 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=7이지만, 이것은 틀린 답이다. 속도끼리는 왜 더할 수 없을까?..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:09

힘센 사나이

힘센 사나이가 10kg짜리 전화번호부 책을 로프에 매달아서 양쪽을 모아 들고 있을 때 수직을 이룬 각각의 줄에 걸리는 장력은 5kg이다. 이제 이 줄을 양쪽 끝에서 당기면 그림과 같이 줄이 평평해진다. 이 때 각각의 줄에 걸리는 장력은 얼마일까? a) 약 5kg b) 약 10kg c) 약 20kg d) 백만 kg이 넘는다. 답은 d) 백만 kg이 넘는다이다. 로프에 매달린 책이 만드는 각을 살펴보면 그 이유를 알 수 있다. 책에 작용하는 모든 힘을 벡터 화살표로 표시하기로 한다. 10kg짜리 벡터는 책의 무게를 나타내며 곧장 아래쪽으로 작용, 지구의중심을 향한다. 이 벡터의 길이는 10kg을 나타낸다. 그러면 책이 평형상태를 유지하기 위해선 다른 벡터의 길이는 얼마가 돼야 할까? 10kg의 벡터를 기준으..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:07

움직일까?

쇠로 만든 자동차 앞에 아래 그림과 같이 자석을 매달아 타고 있을 때 자동차는 자석의 힘으로 과연 움직일 수 있을까? 1) 예, 움직입니다. 2) 마찰력을 무시한다면 움직일 것이다. 3) 아니오, 움직이지 않습니다. 해 답 : 자석 차 답은 3)이다. 가장 간단한 것을 빼먹었을지도 모른다. 들인 일이 없으면 나오는 일이 없다는 것이다. 다시 말해서 영구 운동은 불가능하다. 또 다른 방법으로 뉴튼의 제 3법칙으로 생각해도 된다. 차에 작용하는 힘과 자석에 작용하는 힘은 크기는 같고 반대 방향이므로 서로 상쇄된다. 그러나 이런 이론적인 설명은 왜 차가 움직이지 않는지 도식적으로 그려 주지 못한다. 왜 그런지 직관적으로 유추해 보자. 우선 차 앞에 다른 자석을 하나 더 갖다 놓는다. 그리고 그 자석들을 차 안..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:04

물 속에 손가락을 넣으면 저울의 눈금은?

물 속에 손가락을 넣으면 저울에 걸리는 무게는 어떻게 될까? 위의 그림과 같이 컵 속에 물을 넣어서 무게를 잰 다음 물 속에 손가락을 넣으면 저울에 걸리는 무게는 어떻게 될까? 손으로 저울을 누르고 있지 않기 때문에 저울에 걸리는 무게에 변화가 없을 듯하기도 하다. 그러나 저울의 눈금은 확실하게 증가한다. 이것을 아래의 그림을 통하여 이해해 보도록 하자. 그림의 ①과 같이 사람이 손을 놓고 물통 바닥에 서면 몸무게가 저울 눈금에 더 가산되어 나타날 것이다. 헤엄을 치고 있다면 어떨까? 역시 몸무게가 더 나가게 될 것이다. 그럼 그림의 ③과 같이 밧줄에 매달리는 경우 몸무게는 전부 밧줄에 걸려 버리는 걸까? 탕 안에 있으면 몸무게가 가볍게 느끼는 것처럼 밧줄에 걸리는 무게는 줄어든다. 그 사람의 몸무게보다..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:03

누가 먼저 떨어질까?

자유낙하와 수평으로 던져진 물체 장총으로부터 매우 빠른 속력으로 수평으로 쏘아진 총알과 같은 높이에서 같은 시간에 자유낙하시킨 총알이 있다. 어느 총알이 땅에 먼저 떨어질까? 1) 자유낙하시킨 총알이 먼저 떨어진다. 2) 장총에서 발사된 총알이 먼저 떨어진다. 3) 둘 다 같은 시간에 땅에 떨어진다. 정답은 3) 둘 다 같은 시간에 땅에 떨어진다. 중력장에서 물체를 수평으로 던졌을 때의 물체의 운동은 두 개의 운동으로 나누어 설명할 수 있다. 수평방향으로는 등속도운동, 수직방향으로는 자유낙하운동을 한다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 수평으로 던진 물체는 수평방향의 등속도운동과 수직방향의 자유낙하운동이 합성되어 포물선운동으로 나타난다. 그림에서 보듯이 수평으로 던져진 물체의 연직방향의 운동은 자유낙하 운..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 10:01

속도는 가속도와 다르다.

속도는 가속도와 다르다. 1. 공이 아래와 같은 경사면을 구를 때 a) 속도는 증가하고 가속도는 감소한다. b) 속도는 감소하고 가속도는 증가한다. c) 둘 다 증가한다. d) 둘 다 일정하다. e) 둘 다 감소한다. 답은 a)'속도는 증가하고 가속도는 감소한다'이다. 공의 속도는 아래로 내려갈수록 증가하지만 그 가속도는 경사면이 얼마나 가파르냐에 달려 있다. 경사면 꼭대기에서 가속도는 최고다. 왜냐하면 그 부분이 제일 가파르니까. 밑으로 내려 갈수록 경사가 완만해지므로 가속도는 점점 줄어든다. 그러므로 속도가 증가하는데도 가속도 는 감소할 수 있다. 아래의 그림에서 공의 가속도는 a로 표면과 평행하게, g로 표시된 성분은 자유낙하시의 가속도로 수직으로 나타냈다. 다시 말하면, g는 수직의 "경사면"을 ..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 09:59

필름 거꾸로 돌리기

필름 거꾸로 돌리기 낙하하는 물체를 찍은 영화 필름은 그 물체 가 아래쪽으로 가속되는 것을 보여준다. 만약 필름을 거꾸로 돌린다면 물체가 어느 쪽으로 가속되는 것 으로 보일까? a) 위쪽 b) 여전히 아래쪽 해답 : 필름 거꾸로 돌리기 정답은 b) 여전히 아래쪽이다. 필름을 거꾸로 돌릴 경우, 물체는 위로 움직이는 것처럼 보이지만 가속도의 방향은 아래쪽이다. 머리 속으로 한번 필름을 거꾸로 돌려보라. 그러면 공은 처음에는 빠르게 그리고 점차 느리게 위로 움직일 것이다. 마치 위로 집어던졌을 때처럼, 분명히 위쪽으로 움직임은 빨라지지 않는다. 그래서 위쪽으로 가속될 수 없다. 그러나 속도는 변하고 있는 것이므로 가속도는 분명 있다. 위로 올라가는 속도가 점점 줄어들면 가속도의 방향은 아래쪽이 되는 것이다...
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 09:56

어느 공이 빨리 도착할까?

어느 공이 빨리 도착할까? 길이가 같은 두 개의 길이 있다. 길 (가)는 가운데가 볼록하고, 길 (나)는 가운데가 오목하다. 볼록하고, 오목한 두 길은 곡률이 같다(즉, 서로를 뒤집은 것 같다). 만일 두 공이 같은 초속도를 가지고 출발을 한다면, 어느 공이 결승점에 먼저 도달할까? a) 길 (가)의 공이 먼저 도착한다. b) 길 (나)의 공이 먼저 도착한다. c) 두 공이 동시에 도착한다. 해 답 : 어느 공이 빨리 도착할까? 답은 b). 비록 초속도가 같고 수평길에서도 속도가 같다고 하더라도, 볼록한 길과 오목한 길 에서의 속도는 다르다. 볼록한 길에서는 길의 어느 부분에서도 수평길에서의 속도보다 느리다. 왜냐하면, 공이 볼록한 길을 올라가면, 운동에너지가 위치에너지로 바뀌게 되기 때문이다. 반면, ..
재미있는물리/재미있는 물리여행 2013. 9. 12. 09:48