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1[7급 국가직 물리학개론] 24년 1회차

추에 가벼운 실을 묶고 고정점에 달아 진자를 만든다. 진자 추의 운동에서 그 질량중심으로부터 고정점까지 거리  $L$ 은 일정하게 유지된다. 다음 중 진자의 주기적 진동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 공기저항은 무시한다)

진자 추의 크기는 진동 주기에 영향을 주지 않는다.

길이  $L$ 이 커지면 진동 주기는 늘어난다.

순항 중인 비행기에서 진동 주기는 지면에서보다 미세하게 길다.

진자 운동에서 추가 최저점일 때 운동에너지가 최대가 된다.

해설

옳지 않은 것은 추의 크기가 진동 주기에 영향을 주지 않는다는 설명이다.
크기가 있는 추는 물리진자이므로  $T=2\pi\sqrt{\dfrac{I}{mgL}}$ ,  $I=mL^2+I_{\mathrm{cm}}$ 이다. 추가 커지면 질량중심 둘레 관성모멘트  $I_{\mathrm{cm}}$ 가 커져 같은  $L$ 에서도 주기가 길어진다.
길이  $L$  증가: 주기는 대략  $\sqrt{L}$ 에 비례해 늘어나므로 옳다.
순항 중인 비행기: 등속 비행하는 기내는 관성계이고, 고도가 높아 중력가속도가 약간 작으므로 주기가 미세하게 길어 옳다.
최저점의 운동에너지: 위치에너지가 최소인 지점이므로 역학적 에너지 보존에 따라 운동에너지가 최대여서 옳다.

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