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

1. 공이 20 m 높이에서 수직으로 떨어진다. 공이 땅에 닿기 직전 속력은 얼마인가? (공기 저항 무시, g=9.8 m/s*2)

1. 공이 20 m 높이에서 수직으로 떨어진다. 공이 땅에 닿기 직전 속력은 얼마인가? (공기 저항 무시, g=9.8 m/s*2)

2. 뉴턴의 운동 제3법칙을 서술하고, 일상생활에서 흔히 발생하는 오해를 예를 들어 설명하시오. 또한 제3법칙이 성립할 때 두 물체의 힘이 같다는 것이 두 물체가 같은 운동을 한다는 의미가 아님을 설명하시오.

3. 보존력과 비보존력의 차이를 설명하고, 각각의 대표적인 예를 제시하시오. 또한 보존력이 작용하는 경우 역학적 에너지가 어떻게 되는지 설명하시오.

1. 정지 → v = at
v=(4.0)(5.0)=20 m/s

2. 뉴턴의 운동 제3법칙은 “모든 작용력에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용력이 존재한다”는 법칙이다. 즉, 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 그 물체 또한 같은 크기와 반대 방향의 힘을 동시에 되돌려준다.
일상에서 자주 생기는 오해는 “작은 물체가 큰 물체를 밀면 큰 물체가 더 큰 힘을 받는다”는 생각이다. 예를 들어, 사람이 벽을 밀면 벽도 사람에게 같은 크기로 반대 방향으로 힘을 작용한다.
사람이 밀려나거나 움직이지 못하는 이유는
사람 쪽이 더 쉽게 가속될 수 있는 조건 또는 정지 마찰이 버티고 있기 때문이다. 힘은 같지만 운동 결과는 질량과 가속도로 결정되기 때문에 두 물체가 반드시 똑같이 움직이거나 같은 결과를 보이진 않는다.

3. 보존력은 경로에 관계없이, 오직 시작점과 끝점에만 의존하는 힘이다. 즉, 물체가 A에서 B로 이동할 때 같은 일(work)을 하며, 이 힘에 의해 위치 에너지가 정의될 수 있다. 반대로 비보존력은 경로에 따라 한 일이 달라지며, 위치 에너지로 정리할 수 없다.
대표적인 보존력으로는 중력, 용수철 탄성력, 전기력이 있고, 비보존력의 대표적인 예로는 마찰력, 공기 저항 등이 있다.
보존력만 작용할 경우, 계의 역학적 에너지는 항상 일정하게 보존된다. 즉, 운동 에너지와 위치 에너지의 합은 변하지 않으며, 하나가 증가하면 다른 하나는 그만큼 감소한다.