[2015 수능 국어] 돌림힘과 회전 운동 에너지

이 지문을 보면서 떠올랐던 생각은 '이과생들에게는 정말 쉬운 지문이었겠다' 였습니다. 

물1을 선택하지 않았던 저에게도 이 정도면 물1 선택러들에게는 말도 안되게 쉬운 지문이었겠죠. 

이과생들이 철학을, 문과생들이 과학을 모두 알 수는 없지만 어느정도의 배경지식이 국어지문을 파악하는 데에 많은 도움이 되는 것은 사실입니다. 

 

그래서 이번 포스팅에서는 물리 1을 본 적 없는 학생의 눈높이로 돌림힘과 일에 대한 기초적인 지식을 설명해볼까합니다. 

지문에 나온 내용도 짧게 살펴봅시다. 

 

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*본 포스팅은 15년도 수능에 나온 개념을 설명하는 포스팅으로, 문제에 대한 분석은 없습니다. 

*과학(물리) 개념이 궁금한 학생들만 보세요. 

 

 

1. 돌림힘(토크)의 작용: 힘점, 받침점, 작용점

 

힘점, 받침점, 작용점

 

힘의 작용을 설명할 때 나오는 세 가지 점이 있죠. 

힘점, 받침점, 그리고 작용점. 

 

힘점은 우리가 힘을 주는 지점입니다. 즉, 지레의 경우에는 사람이 누르는 곳. 

받침점은 말 그대로 받치는 지점이고, 작용점은 힘이 작용하는 지점입니다. 

지레의 경우 우리가 들려고 하는 물체가 위한 지점이겠죠. 

 

작용점에 작용하는 힘의 크기는 힘점에 작용한 힘의 크기와 작용점까지의 거리에 비례합니다. 

시소에 멀리 앉을수록 높이 올라갔던 것과 같은 원리입니다.

 

따라서 돌림힘의 크기는 아래와 같은 공식으로 나타낼 수 있습니다. 

 

돌림힘(N*M) = 거리 * 가한 힘의 크기

 

 

 

2. 힘과 일

 

우리가 실생활에서 생각하는 '일'과 과학에서의 '일'은 다른 개념입니다. 

매출이 얼마가 나왔고, 머리를 얼마나 썼고.. 이런건 관련이 없습니다. 

 

오직 에너지가 '얼마나' '어떻게' 가해졌는지가 중요합니다. 

그래서 결과적으로 에너지를 받은 대상이 어떻게 움직였는가. 

 

돌림힘의 일에 대해 이야기하기 전에 조금 더 단순한 상황을 가정해볼까요. 

일 = 힘 * 움직인 거리

 

상자를 5N의 힘으로 밀었다고 생각해봅시다. 

상자가 많이 움직일수록, 그리고 힘을 많이 줄수록 일을 많이 한 것이겠죠?

따라서 일의 크기는 힘과 움직인 거리의 곱으로 계산합니다. 

 

한 일(J) = 힘 * 움직인 거리

 

하지만 우리가 이번 시간에 다루는 돌림힘(토크)는 거리를 움직이지 않고 각도를 움직입니다. 

실에 매달린 공을 돌린다고 생각해봅시다. 

공이 힘이 작용하는 곳에서 멀어지지 않고 빙글빙글 돌고 있죠?

그래서 돌림힘이 한 일을 계산할 때는 움직인 거리 대신 회전 각도를 사용합니다. 

따라서 아래와 같은 식이 나옵니다. 

 

한 일(J) = 돌림힘 * 회전 각도 

 

 

 

3. 회전 운동 에너지 

 

일은 에너지가 A에서 B로 움직이는 과정이라고 했습니다.

그렇다면 에너지를 밖에서 가했을 때 해당 물체의 운동 에너지는 증가하겠죠. 

돌림힘을 가했을 때 해당 물체에서 증가한 에너지가 바로 회전 운동 에너지입니다. 

 

회전체의 회전 물체 에너지는 그 물체의 각 입자들의 운동 에너지의 합입니다. 

한 입자의 운동에너지는 (1/2) * m * v^2 으로 구합니다. 

 

이 때문에 지문에서 운동에너지가 속도의 제곱에 비례한다고 한 것이죠. 

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돌림힘 15 수능 국어비문학

 

오늘의 포스팅은 여기까지입니다. 

궁금한 점이나 추가로 지식 설명을 원하시는 지문이 있다면 댓글로 남겨주세요.