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그림과 같이 밀도가 균일하며 한 변의 길이가 8cm 인 정사각형 철판이… | [변리사 1차] 18년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 18년 1회차
그림과 같이 밀도가 균일하며 한 변의 길이가 8cm 인 정사각형 철판이 xy평면에 놓여 있다. 이 철판 면적의 1/4인 A 부분을 잘라냈을 때, 남아 있는 B 부분의 질량 중심의 좌표는? (단, 철판의 두께는 무시한다.)
문제 이미지
1
(4,4)
2
(13/3, 13/3)
3
(9/2, 9/2)
4
(14/3,14/3)
5
(5, 5)
해설

잘라내고 남은 부분의 질량중심은 (143, 143) cm\left(\dfrac{14}{3},\ \dfrac{14}{3}\right)\,\mathrm{cm}이다. 전체 정사각형의 질량중심에서 잘라낸 조각이 차지하던 몫을 덜어내는 방식으로 구한다.

그림에서 정사각형은 원점 (0,0)부터 (8,8)까지 놓여 있고, 잘라낸 A는 (0,0)~(4,4)의 왼쪽 아래 4분의 1이다. 남은 B는 점 (4,4)를 안쪽 모서리로 하는 ㄱ자 모양이다.

밀도가 균일하므로 전체 질량을 M이라 하면 A는 M4\dfrac{M}{4}, B는 3M4\dfrac{3M}{4}이고 각 중심은 전체가 (4,4), A가 (2,2)이다.
M⋅4=M4⋅2+3M4xBM\cdot 4=\dfrac{M}{4}\cdot 2+\dfrac{3M}{4}x_B
4−12=34xB4-\dfrac{1}{2}=\dfrac{3}{4}x_B
xB=72⋅43=143x_B=\dfrac{7}{2}\cdot\dfrac{4}{3}=\dfrac{14}{3}

도형이 직선 y=xy=x에 대해 대칭이므로 y좌표도 같은 값이 되어 143≈4.67 cm\dfrac{14}{3}\approx 4.67\,\mathrm{cm}씩이다.

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