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10°의 기울기를 가진 경사면에 놓인 질량 100kg의 물체에 수평방향… | [일반기계기사 필기] 17년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[일반기계기사 필기] 17년 2회차
10°의 기울기를 가진 경사면에 놓인 질량 100kg의 물체에 수평방향의 힘 500 N을 가하여 경사면 위로 물체를 밀어올린다. 경사면의 마찰계수가 0.2라면 경사면 방향으로 2m를 움직인 위치에서 물체의 속도는 약 얼마인가?
문제 이미지
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1.1m/s
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2.1m/s
3
3.1m/s
4
4.1m/s
해설

경사면 방향 알짜힘으로 일-에너지 정리를 쓰면 약 2.1 m/s 가 나온다.

그림처럼 수평으로 500 N을 밀므로 이를 경사면 좌표로 분해하면 경사면 방향 성분은 500cos10°=492.4 N, 경사면에 수직한 성분은 500sin10°=86.8 N이다. 따라서 수직항력은 N=100×9.81×cos10°+500×sin10°=966.1+86.8=1052.9 N 이다.

운동을 방해하는 힘은 마찰 0.2×1052.9=210.6 N과 중력의 경사면 성분 100×9.81×sin10°=170.3 N이다.
알짜힘 = 492.4 − 170.3 − 210.6 = 111.5 N
한 일 = 111.5 × 2 = 223 J

정지에서 출발했으므로 12mv2=223 J\tfrac{1}{2}mv^2=223\ \mathrm{J} 에서 v=2×223100≈2.1 m/sv=\sqrt{\dfrac{2\times223}{100}}\approx2.1\ \mathrm{m/s} 이다. 수평력의 경사면 수직 성분이 마찰을 키운다는 점을 빠뜨리면 답이 커진다.

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