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그림 (가)는 질량이 동일한 5개의 탄성구를 이용한 실험 장치에서 왼쪽… | [소방간부후보생 물리학개론] 26년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[소방간부후보생 물리학개론] 26년 1회차
그림 (가)는 질량이 동일한 5개의 탄성구를 이용한 실험 장치에서 왼쪽 2개의 탄성구를 기준선으로부터 높이 hh인 지점에서 가만히 놓은 경우이고, (나)는 (가)의 실험 장치에서 왼쪽 2개의 탄성구와 오른쪽 1개의 탄성구를 높이 hh인 지점에서 동시에 가만히 놓은 경우를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 탄성구의 크기, 공기 저항, 실의 질량은 무시하고, 모든 실의 길이는 같다)
<보 기>
ㄱ. (가)에서 충돌 직후 운동하는 탄성구는 2개이다.
ㄴ. (가)에서 충돌 직후 운동하는 탄성구의 최대 높이는 2h2h이다.
ㄷ. (나)에서 충돌 직후 운동하는 탄성구는 3개이다.

문제 이미지
1
ㄱ
2
ㄴ
3
ㄱ, ㄷ
4
ㄴ, ㄷ
5
ㄱ, ㄴ, ㄷ
해설

옳은 진술은 (가)에서 2개가 운동한다는 것과 (나)에서 3개가 운동한다는 것이다.

질량이 같은 탄성구의 탄성 충돌에서는 운동량과 운동 에너지가 함께 보존되므로, 들어온 공의 개수와 속력이 그대로 반대편으로 전달된다. 높이 h에서 놓은 공의 충돌 직전 속력은 v=2ghv=\sqrt{2gh}이다.

  • (가)에서 충돌 직후 운동하는 탄성구는 2개 — 옳다. 오른쪽 끝 2개가 속력 vv로 튀어 나가야 운동량과 에너지가 동시에 보존된다.
  • (가)에서 튀어 나간 탄성구의 최대 높이는 2h — 옳지 않다. 속력이 2gh\sqrt{2gh}로 같으므로 최대 높이도 h이다.
  • (나)에서 충돌 직후 운동하는 탄성구는 3개 — 옳다. 오른쪽으로 2개, 왼쪽으로 1개가 속력 vv로 나가 운동량 mvmv와 에너지가 보존된다.

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