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반지름이 R인 균일한 금속판에서 그림처럼 반지름이 \frac{R}{2}… | [7급 국가직 물리학개론] 25년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 물리학개론] 25년 1회차
반지름이 RR인 균일한 금속판에서 그림처럼 반지름이 R2\frac{R}{2}인 원판을 떼어 내었다. 이때 만들어진 구멍이 뚫린 금속판의 질량중심은? (단, 원점 OO의 좌표는 (0,0)(0, 0)이며, 떼어 낸 원판의 중심 좌표 O′O'는 (−R4,0)\left(-\frac{R}{4}, 0\right)이다)

문제 이미지
1
(R2,0)\left(\frac{R}{2}, 0\right)
2
(R4,0)\left(\frac{R}{4}, 0\right)
3
(R6,0)\left(\frac{R}{6}, 0\right)
4
(R12,0)\left(\frac{R}{12}, 0\right)
해설

구멍 뚫린 금속판의 질량중심은 (R12,0)\left(\frac{R}{12},0\right)이다.

원판 전체(질량 비 1, 중심 원점)에서 떼어 낸 원판(면적 비 14\frac{1}{4}, 중심 −R4-\frac{R}{4})을 음의 질량으로 빼서 계산한다. 남은 부분의 질량 비는 34\frac{3}{4}이다.

x=1⋅0−14⋅(−R4)34=R/163/4=R12x=\frac{1\cdot 0-\frac{1}{4}\cdot\left(-\frac{R}{4}\right)}{\frac{3}{4}}=\frac{R/16}{3/4}=\frac{R}{12}

  • (R2,0)\left(\frac{R}{2},0\right): 떼어 낸 원판의 반지름을 좌표로 혼동한 값이다.
  • (R4,0)\left(\frac{R}{4},0\right): 구멍 중심의 대칭점일 뿐 질량 가중을 하지 않았다.
  • (R6,0)\left(\frac{R}{6},0\right): 질량 가중 평균 결과의 두 배로, 분모를 잘못 잡은 값이다.

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