일반물리학(대학물리학)

[기출문제] 한양대학교 일반물리학(대학물리학) 2023-1 중간 기출문제 (정답 포함)

정말노답이다잉

2025.12.08 11:51

1. 시험 정보

학교/과목	한양대학교 일반물리학(대학물리학)
시험명	2023-1 중간고사
문항수/형식	서술형 3문제
교수명	-
정답/해설	✅ 있음
파일형식	-

2. 출제 범위 & 키워드

용수철-도르래-질량계의 평형과 운동, 훅의 법칙, 에너지 보존(퍼텐셜·운동에너지) 비교

📚 키워드
용수철 상수 k, 도르래 계 시스템, 정적 평형, 동적 평형, 최대 늘어남, 에너지 보존, 중력 퍼텐셜에너지, 탄성 퍼텐셜에너지

3. 기출 미리보기

두 물체를 처음 상태로부터 매우 천천히 움직여 계가 평형상태에 놓이게 하면, 용수철은 얼마나 늘어나는가?

4. 자료 보기

[기출 문제]

그림과 같이 질량이 m1, m2인 두 물체가 질량을 무시할 수 있는 줄로 연결되어 정지해 있다. 줄은, 가볍고 마찰을 무시할 수 있는 도르래 위를 지난다. 질량이 m1인 물체는, 용수철 상수가 K이며 한 끝이 바닥에 고정된 용수철과 연결되어 있다. 용수철은 늘어나지 않은 상태이고, 그 질량은 무시할 수 있으며 m1<m2이다.
(가) 두 물체를 처음 상태로부터 매우 천천히 움직여 계가 평형상태에 놓이게 하면, 용수철은 얼마나 늘어나는가?
(나) 두 물체를 처음 상태에서 놓으면, 순간적으로 정지 상태가 될 때까지 용수철은 얼마나 늘어나는가?
(다) (가)와 (나)의 결과는 다르다. 에너지 개념으로 그 이유를 설명하라.

[정답]

(m2-m1)g/k

2(m2-m1)g/k

가) 준정적 과정에서는 시스템이 아주 천천히 움직이므로 중력으로 한 작은 변위만큼 얻은 일은 즉시 용수철의 탄성에너지로 바뀌고 운동에너지로는 저장되지 않습니다. 따라서 최종에는 단순히 힘의 평형 조건 kx=(m2-m1)g이 성립합니다.

(나) 순간 놓을 때는 중력 일의 일부가 물체들의 운동에너지로 먼저 들어갑니다. 시스템은 정적 평형을 지나면서 속도를 얻고, 그 운동에너지가 더 큰 용수철의 늘어남을 만들며(관성 때문에 과도하게 늘어남) 최고점(되돌아서는 지점)에서는 그 운동에너지가 다시 전부 탄성에너지로 바뀝니다. 그래서 최종 최대 늘어남은 정적 평형(가)의 두 배가 됩니다.

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