2019년06월15일 16번

물체가 용수철 판에 부딪히면 운동에너지는 용수철의 탄성에 의해 변형에너지로 바뀌게 된다. 이 때, 변형에너지는 용수철이 압축되는 구간에서 일어나므로 이 구간에서 마찰력이 일어나게 된다. 따라서 물체의 운동에너지는 마찰력과 일을 하게 되어 속도가 줄어들게 된다. 이후 용수철이 제자리로 돌아오면 변형에너지는 다시 운동에너지로 바뀌게 되어 물체는 용수철 판에서 튕겨 나오게 된다.

여기서 중요한 점은 용수철이 제자리로 돌아오는 순간에는 마찰력이 일어나지 않는다는 것이다. 따라서 물체가 용수철 판에서 튕겨 나오는 순간의 운동에너지는 변형에너지에서 운동에너지로 바뀌는 과정에서 손실된 에너지를 제외한 값이다. 이 때, 변형에너지는 용수철이 압축된 거리와 용수철의 탄성계수에 비례하므로, 압축된 거리가 10cm(0.1m)이고 탄성계수가 1/2이므로 변형에너지는 (1/2)×(0.1m)×(2m/s)²=0.1J이다. 따라서 물체의 운동에너지는 2J-0.1J=1.9J이다.

또한, 물체가 용수철 판에서 튕겨 나오는 순간의 운동에너지는 물체의 속도의 제곱에 비례하므로, 물체의 속도는 √(1.9J/0.5kg)=√3.8m²/s=√2m/s가 된다. 따라서 정답은 "√2m/s"이다.