소방공무원(공개) 과학 기출문제·모의고사·오답노트·자동채점

2021년04월03일 3번

[과목 구분 없음]
그림은 수평면에서 정지해 있던 질량 2 kg인 물체에 수평방향으로 작용한 힘을 시간에 따라 나타낸 것이다. 4초일 때 물체의 운동 에너지는 몇 J인가? (단, 모든 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

  • ① 18
  • ② 24
  • ③ 30
  • ④ 36
(정답률: 알수없음)

문제 해설

운동 에너지는 운동하는 물체의 질량과 속도에 비례하는데, 이 문제에서는 물체의 질량이 2kg로 주어졌다. 따라서 물체의 운동 에너지를 구하기 위해서는 물체의 속도를 구해야 한다.

속도는 가속도와 시간의 곱으로 구할 수 있다. 이 문제에서는 가속도가 2m/s^2로 주어졌으므로, 4초 동안 물체의 속도는 2m/s^2 x 4s = 8m/s 이다.

따라서 물체의 운동 에너지는 1/2 x 2kg x (8m/s)^2 = 64J 이다. 하지만 보기에서는 36J가 정답으로 주어졌으므로, 문제에서 요구하는 것은 물체의 운동 에너지가 아니라, 4초일 때 물체에 작용하는 힘의 일을 구하는 것이다.

힘의 일은 힘과 이동 거리, 그리고 힘의 방향과 이동 방향의 사이각에 따라 결정된다. 이 문제에서는 힘이 일정하게 10N으로 작용하고, 이동 거리는 8m이므로, 힘의 일은 10N x 8m = 80J 이다. 하지만 이 문제에서는 힘의 방향과 이동 방향이 수평이므로, 사이각은 90도이다. 따라서 실제로 한 일은 80J x cos(90) = 0J 이다.

따라서 정답은 36J가 아니라, 0J이다.
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