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1[일반기계기사 필기] 15년 2회차
자동차 운전자가 정지된 차의 속도를 42km/h로 증가시켰다. 그 후 다른 차를 추월하기 위해 속도를 84km/h로 높였다. 그렇다면 42km/h에서 84km/h의 속도로 증가시킬 때 필요한 에너지는 처음 정지해 있던 차의 속도를 42km/h로 증가하는데 필요한 에너지의 몇 배인가? (단, 마찰로 인한 모든 에너지 손실은 무시한다.)
1
1배
2
2배
3
3배
4
4배
해설

자동차의 운동에너지는 Ek=12mv2E_k = \frac{1}{2}mv^2이므로 속도의 제곱에 비례한다. 정지(0 km/h)에서 42 km/h로 증가시킬 때의 에너지는 ΔE1=12m(42)20=12m×1764\Delta E_1 = \frac{1}{2}m(42)^2 - 0 = \frac{1}{2}m \times 1764이다. 42 km/h에서 84 km/h로 증가시킬 때의 에너지는 ΔE2=12m(84)212m(42)2=12m(70561764)=12m×5292\Delta E_2 = \frac{1}{2}m(84)^2 - \frac{1}{2}m(42)^2 = \frac{1}{2}m(7056 - 1764) = \frac{1}{2}m \times 5292이다. 따라서 필요한 에너지의 비율은 ΔE2ΔE1=52921764=3\frac{\Delta E_2}{\Delta E_1} = \frac{5292}{1764} = 3이므로 3배이다.

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