blood님 한번 더 가르침 부탁드립니다~
- 글쓴이
- 조현민
- 등록일
- 2004-11-29 00:25
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상세한 답변 진심으로 감사드립니다.
사실 제가 가진 지식이 짧다보니 다 이해하진 못 했지만요;
그래서 '아~ 바퀴에 관한 궁금증은 도저히 내 지식으로는 더 이상 알 수 없는가보다'
하고 그냥 이쯤에서 관심을 접으려고 했는데,
한가지 너무도 궁금한게 있어서 이렇게 다시 질문드립니다.
괜히 귀찮게 해드리는 건 아닌지 모르겠습니다만, 시간나시면 한번 봐주셨으면 좋겠습니다.
(아~! blood님 아닌 다른분들께서도 답변주셔도 감사하겠습니다^^)
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다름이 아니라 인터넷에서 검색해보다가
모 대학 물리학과 사이트에서 아래와 같은 문제를 읽었습니다.
(출처: http://phys.kyungwon.ac.kr/internet-class/general-physics99/CH06/Ch06.htm)
Test 8.자동차가 평탄한 직선도로위에서 정지상태에서 출발하여 가속되고있다.
차가 가속되고있는 동안 지표면의 마찰력이 차에 한일은 어떠한가?
(1) 양의 값이다.
(2) 0이다.
(3) 음의 값이다.
답 2번
풀이:마찰력이 없으면 자동차가 움직일 수 없으나 마찰력이 일을 하는 것은 아니다. 바퀴에 마찰력이 작용하는 것을 살펴보자. 미끄러지지 않는 경우 바퀴의 밑면의 속력은 지면에 대하여 0이된다. 즉 이동거리가 없으므로 마찰력이 한일은 0이된다.
위의 풀이 내용은 충분히 이해됩니다.
『바퀴가 미끄러짐 없이 구름운동을 하며 앞으로 나아갈 때,
마찰력의 작용점인 '바퀴와 지면간 접점'의 순간속도는 0이다.
따라서 일률 P=FV=0, 고로 마찰력이 자동차에 해준 일은 없다』
라는 것이 되겠지요.
그런데 여기까지는 이해가 되는데.
그렇다면 처음정지상태에서 가속하며 앞으로 나아감에 따라
증가된 자동차의 운동에너지는 도대체 어떻게 설명해야 하나요?
일-운동에너지 정리(일=운동에너지 변화)에 의하면
지표면의 마찰력이 차에 해준 일이 0이므로
처음 정지상태였던 자동차의 운동에너지도 변화없이 그대로여야 하잖아요?
생각하고 또 생각하고 다시 생각해봐도 모르겠습니다.
다른 사람들 의견
-
조현민
()
답답해서 몇몇 교수님들께도 메일드려보았는데
'내 전공분야가 아니라서 잘 모르겠다'
'나도 궁금하다'
뭐 그런 답변 뿐이네요-_-;;;;;; -
21세기
()
제 생각엔....
휘발유가 가지고 있던 포텐셜 에너지를 화학 반응을 통해 운동에너지로
바꾸고..(엔진 크랭크축의 회전) 모든 것이 이상적이라고 가정할 경우..
크랭크축의 회전운동에너지는 차축(용어가 맞나요?)으로 회전운동에너
지를 전달하고, 여기에 연결된 바퀴가 지면을 밀어내는 것 아닌가요?
바퀴의 미끄럼 마찰이 없으니...그냥 바퀴와 지면이 (순간순간) bonding
되어 있다고 생각하면 될 것 같은데요. 그저 바퀴는...차축과 같이 엔진
의 파워를 지면에 전달만 한다...스스로가 잡아먹는 에너지는 없다.
라구요...
바퀴와 지면간에는 변위가 없으니..(항상 정지마찰력) 일이 없다는건
자명한 사실이구요. -
blood
()
정지해있는 차가 가속하여 앞으로 나가는 경우에 마찰력이 하는 역할은?
일을 하긴 하는가? 라는 질문을 하신걸로 생각됩니다.
답은 0 이 맞는데, 풀이가 좀 내용이 부족합니다.
이해에 도움을 위해 예를 들겠습니다.
이 경우, 똑같은 예로 기울어진 빗면에서 바퀴가 굴러서내려오는 것을
생각하시면 됩니다. 물체가 굴러내려오는 것과 미끄러져 내려오는 것은
빗면을 내려온 후 병진운동에너지가 차이가 납니다.
원래 미끄러져 내려온 물체는 그냥 위치에너지가 병진운동에너지로
전환된다 이렇게 생각하고 계산합니다.(에너지 보존칙)
이와는 다르게 굴러내려온 물체(예를들어 바퀴)는 위치에너지가
병진운동에너지와 회전에너지로 전환된다 이렇게 생각하고 계산합니다.
회전운동의 각속도와 병진운동의 속도는 바퀴의 반지름과 관계되는
것이고, 같은 조건이면, 굴러내려온 물체의 병진운동에너지가 더 작을
거란걸 쉽게 알 수 있을겁니다.
구르지 않는 운동에서 마찰력이 작용할 경우는 당연히 (-)의 일을 해서
전환된 총에너지중의 일부를 열 등으로 소모시켜 버릴 겁니다.
완전한 구름운동은 마찰력이 작용할때, 미끄러짐이 없다고 생각하는데
이는 다른말이 아닌, 마찰에 의한 에너지소모는 없다는 얘기를 하는 것과
같은 것입니다.
그러면, 완전한 구름운동에서 바퀴가 해주는 역할이란? 병진운동의
에너지로 되어야 할 위치에너지중 일부를 바퀴등의 회전운동에너지로
바꿔주는 겁니다. 이때 물체의 병진운동에는 마찰력은 (-)의 일을
하지만, 바퀴의 회전운동에는 마찰력은 (+)의 일을 하게 됩니다. 그런데
완전한 구름운동에서는 이 두 일의 량이 같아서 단순하게 에너지가 그
형태의 전환을 한다고 생각하면 되는 겁니다.
그러면, 나중에 바퀴의 병진운동에너지,회전운동에너지의 두 에너지의
원천은? 제가 든 예 에서는, 바퀴가 가지는 위치에너지일 겁니다.
그러면, 자동차에서는? 연료를 태워서 얻어지는 에너지일 겁니다.
단지 면이 기울어져있고/아니고의 차이와 무엇이 차를 앞으로 나가게
하는가 중력이/혹은 연료를 태워 돌리는 엔진이 라는 차이만 있을뿐
바퀴가 하는 역할은 똑 같습니다. 에너지의 원천과 바퀴의 역할로 인한
에너지 전환의 관계는 똑같은 것을 쉽게 아실겁니다.
-
조현민
()
답변감사합니다~
읽어보고 또 읽어보고 몇번을 읽어봤습니다.
정말 많은 도움되었습니다.
감사드립니다. -
조현민
()
아..그리고 방금 인터넷을 검색하다가 질점계의 운동,
그러니까 외력과 질량중심운동간의 관계에 대해 알게되었습니다.
그리고 나서 지금 막 다시
전에 해주신 답변을 다시 읽어보니까 첨에는 보이지 않았던
새로운 것이 보이기 시작합니다.
너무 기쁩니다.. 정말 감사합니다~^^