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1[9급 지방직 고졸경채 기계설계] 19년 1회차
그림과 같이 무게 40 kgf의 물체를 스프링 상수 k = 2 kgf/cm인 스프링으로 연결하여 평면 위에서 일정 속도로 끌고 갈 때, 스프링에 축적되는 에너지[kgf·cm]는? (단, 평면과 물체 사이의 마찰계수는 0.2이다)

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해설

스프링에 축적되는 에너지는 16 kgf·cm이다.

일정 속도로 끌면 스프링 힘이 마찰력과 같다: F=μW=0.2×40=8 kgfF = \mu W = 0.2 \times 40 = 8\,\mathrm{kgf}

스프링 늘음량은 x=Fk=82=4 cmx = \dfrac{F}{k} = \dfrac{8}{2} = 4\,\mathrm{cm}이고, 축적 에너지는 U=12kx2=12×2×42=16 kgf⋅cmU = \dfrac{1}{2}kx^2 = \dfrac{1}{2} \times 2 \times 4^2 = 16\,\mathrm{kgf \cdot cm}이다.

  • 4: 스프링 늘음량(cm)이며 에너지가 아니다.
  • 8: 마찰력과 같은 스프링 힘(kgf)이며 에너지가 아니다.
  • 32: 12\dfrac{1}{2}을 빼고 kx2kx^2로 계산한 값이다.

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