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y축 방향으로 움직이는 질량 m인 질점이 그림과 같은 위치에서 v의 속… | [일반기계기사 필기] 19년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[일반기계기사 필기] 19년 2회차
y축 방향으로 움직이는 질량 m인 질점이 그림과 같은 위치에서 v의 속도를 갖고 있다. O점에 대한 각운동량은 얼마인가? (단, a, b, c는 원점에서 질점까지의 x, y, z방향의 거리이다.)
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해설

O점에 대한 각운동량은 mv(−c î + a k̂) 이다.

그림의 3차원 좌표계에서 질점의 위치벡터는 r=ai^+bj^+ck^\vec{r} = a\hat{i} + b\hat{j} + c\hat{k} 이고, 속도는 y축 방향이므로 v=vj^\vec{v} = v\hat{j} 이다.

각운동량은 HO=r×mv=mv[(ai^+bj^+ck^)×j^]\vec{H}_O = \vec{r}\times m\vec{v} = mv\left[(a\hat{i}+b\hat{j}+c\hat{k})\times\hat{j}\right] 이고,
i^×j^=k^,j^×j^=0,k^×j^=i^\hat{i}\times\hat{j}=\hat{k},\quad \hat{j}\times\hat{j}=0,\quad \hat{k}\times\hat{j}=-\hat{i} 이므로
HO=mv(ci^+ak^)\vec{H}_O = mv(-c\,\hat{i} + a\,\hat{k}) 가 된다.

속도와 나란한 y방향 거리 b는 외적에서 소거되어 결과에 나타나지 않고, x방향 거리 a는 k̂ 성분에, z방향 거리 c는 −î 성분에 붙는다는 점이 판별 포인트다.

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