일반물리학 문제풀이(쿨롱의 법칙) - 2

문제

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베릴륨 원자핵이 헬륨 원자핵 2개로
쪼개져 전기력이 작용하는 상황에서
원자핵에 작용하는 전기력과
전기력에 의한 가속도를 묻는 문제다.
문제 상황을 아래 그림으로 보자.
 

 

베릴륨의 핵이
알파입자 2개로 쪼개진 상황에서
알파 입자 간 정전기력이 작용하고 있다.
그렇다면 쿨롱의 법칙을 이용해
정전기력의 크기를 구할 수 있다.
 

위 식에 알파입자의 전하량( +2 × 1.6 ×10^-19C)과
r, 쿨롱상수를 대입하면 
전기력의 크기를 구할 수 있다.
정답은 아래 이미지와 같다.

 
 
다음은 이 힘에 의한
알파입자의 가속도를 구할 차례다.
가속도를 구하는 식은 대부분
알고 있을 것이다.

 

이 식에 알파입자의 질량
m = 4.0026 u,
F = (a) 번 정답
을 대입해 주면 가속도 a를 쉽게 구할 수 있다.
정답은 아래와 같다.
 

 

결론

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베릴륨 원자핵이 알파입자 두 개로 쪼개진다는 사실을 배울 수 있었고, 고전역학의 가속도 공식을 적용하면 원자핵 스케일에서 작은 정전기력에도 엄청나게 큰 가속도가 계산되는 것을 확인한 문제였다.