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그림과 같이 물체가 원점 O를 중심으로 반지름이 r인 원 궤도를 따라일… | [7급 국가직 물리학개론] 26년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 물리학개론] 26년 1회차
그림과 같이 물체가 원점 O를 중심으로 반지름이 rr인 원 궤도를 따라
일정한 속력 vv로 점 A에서 점 B까지 운동하였다. 물체가 중심각이
60 °인 AB⌢\overset{\frown}{\mathrm{AB}}를 따라 운동하는 동안 평균 가속도의 크기는? (단, 물체의
크기는 무시한다)

문제 이미지
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0
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v2πr\frac{v^2}{\pi r}
3
2v2πr\frac{2v^2}{\pi r}
4
3v2πr\frac{3v^2}{\pi r}
해설

평균 가속도의 크기는 3v2πr\dfrac{3v^2}{\pi r}이다.

속도 방향이 60° 돌았으므로 속도 변화량의 크기는 ∣Δv⃗∣=2vsin⁡30∘=v|\Delta\vec{v}|=2v\sin 30^\circ=v이다.

걸린 시간은 호의 길이를 속력으로 나눈 t=πr/3vt=\dfrac{\pi r/3}{v}이므로 aˉ=vπr/(3v)=3v2πr\bar{a}=\dfrac{v}{\pi r/(3v)}=\dfrac{3v^2}{\pi r}이다. 평균 가속도는 속도 변화량 ÷ 시간이다.

  • 0: 속력이 일정해도 방향이 바뀌므로 속도 변화량은 0이 아니다.
  • v2πr\dfrac{v^2}{\pi r}: 속도 변화량 vv를 반원 이동 시간 πrv\dfrac{\pi r}{v}로 나눈 값으로, 이동 시간을 잘못 잡았다.
  • 2v2πr\dfrac{2v^2}{\pi r}: 속도 변화량 vv와 이동 시간 πr3v\dfrac{\pi r}{3v}로 계산한 값과 맞지 않는다.

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