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1[9급 지방직 고졸경채 물리] 20년 1회차
그림은 정지하고 있는 질량 2 kg2\,\mathrm{kg}인 물체에 수평 방향으로 10 N10\,\mathrm{N}의 일정한 힘이 작용하는 모습을 나타낸 것이다. 정지에서 2초 후 물체의 운동에너지[J]는? (단, 공기저항, 물체와 지면 사이의 마찰은 무시한다)

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해설

2초 후 물체의 속력은 10 m/s이므로 운동에너지는 100 J이다.

뉴턴 제2법칙으로 가속도를 구한다.
a=Fm=10 N2 kg=5 m/s2a=\dfrac{F}{m}=\dfrac{10\,\mathrm{N}}{2\,\mathrm{kg}}=5\,\mathrm{m/s^2}

정지에서 출발했으므로 2초 후 속력은
v=at=5×2=10 m/sv=at=5\times 2=10\,\mathrm{m/s}

따라서 운동에너지는
Ek=12mv2=12×2×102=100 JE_k=\dfrac{1}{2}mv^2=\dfrac{1}{2}\times 2\times 10^2=100\,\mathrm{J}

  • 20: 2초 동안 받은 충격량(운동량 변화) 20 N·s를 에너지로 착각한 값이다.
  • 일·에너지 정리로 확인하면 이동 거리 s=12at2=10 ms=\dfrac{1}{2}at^2=10\,\mathrm{m}, 한 일 W=Fs=100 JW=Fs=100\,\mathrm{J}로 운동에너지와 같다.

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