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질량이 m인 물체가 용수철 상수 k인 용수철에 매달려서 진폭 A의 1차… | [7급 국가직 물리학개론] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 물리학개론] 22년 1회차
질량이 mm인 물체가 용수철 상수 kk인 용수철에 매달려서 진폭 AA의 1차원 진자 운동을 한다. 이 물체의 최대 속력은? (단, 공기 저항, 용수철의 질량은 무시한다)
1
AkmA\sqrt{\frac{k}{m}}
2
AkmA\frac{k}{m}
3
AmkA\sqrt{\frac{m}{k}}
4
AmkA\frac{m}{k}
해설

단진동의 최대 속력은 진폭과 각진동수의 곱이므로 AkmA\sqrt{\dfrac{k}{m}}이다.

용수철 진자의 각진동수는 ω=km\omega=\sqrt{\dfrac{k}{m}}이고, 평형점에서 속력이 최대이다.
vmax⁡=Aω=Akmv_{\max}=A\omega=A\sqrt{\dfrac{k}{m}}

에너지 보존으로도 같다: 12kA2=12mvmax⁡2\dfrac{1}{2}kA^2=\dfrac{1}{2}mv_{\max}^2

  • AkmA\dfrac{k}{m}: 제곱근이 빠져 차원이 속력이 아닌 가속도이다(최대 가속도에 해당).
  • AmkA\sqrt{\dfrac{m}{k}}: 각진동수의 역수를 곱한 꼴로 차원이 길이×시간이다.
  • AmkA\dfrac{m}{k}: 차원이 길이×시간의 제곱으로 속력이 될 수 없다.

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