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2020-12-21 06:58:55
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1. 장력 S 와 중력 mg 를 더해서 앞으로 ma 가 되어야 합니다. y 방향 성분을 살펴보면
S * cos(θ) = mg 가 되고, S * sin(θ) = ma 가 됩니다. 이 두 식을 서로 나누어 S를 지워주면 tan(θ) = a/g 가 되어, θ = tan^{-1} (a/g) 를 얻습니다.
한편 cos^2(θ) + sin^2(θ) = 1 공식을 활용하면, S^2 = a^2 + g^2 이므로 S = √(a^2 + g^2) 이 됩니다.
2. 수평면을 따라 이동한다고 했으니 일단 믿고 알짜힘을 따져봅시다. 로프의 장력을 T, 물체들의 질량을 A, B라고 합시다. N은 평면에서 물체 B에 작용하는 수직항력입니다.
물체 A는 아래 방향으로 m_A g - T 의 힘을,
물체 B는 아래 방향으로 m_Bg - N의 힘을, 우측방향으로 T - μN 의 힘을 받습니다.
두 물체가 연결되어있으므로 두 물체의 적절한 방향으로의 가속력을 a라고 하면
m_A g - T = m_A a, m_Bg - N = 0, T - μN = m_Ba 를 얻습니다.
식이 3개, 미지수가 3개 (T, N, a) 이므로 가볍게 풀어주면
T = 0.9g, N = 2g, a = 0.25g 를 얻습니다.
다만, 마지막으로 수평방향으로 움직인다는 가정이 타당한지 살펴봅시다. B가 균질하다고 가정하고 무게중심을 중심으로 한 돌림힘 평형을 살펴봅시다. 수직항력 N이 중심으로부터 l 만큼 떨어져서 작용한다고 하면, 돌림힘 평형식은
lN - 0.15T - 0.15μN = 0 이 됩니다. l 을 풀면 0.0975가 되는데요, 이 값이 물체 B 가로길이의 절반인 0.1 보다 작으므로, 타당한 그림이 나옵니다. 즉 물체는 수평면을 따라 우측으로 0.25g 로 등가속도 운동을 할 것입니다.
3. 1번과 마찬가지로 θ = tan^{-1} (v^2/rg)