일반물리학 문제풀이(전기장) - 2

문제

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풀이

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문제의 상황을 그림으로 표현해 보았다.

 

문제의 상황에서 블록에 작용하는 힘은

크게 3가지인데

이는 중력과 전기력 그리고 수직항력이다.

 

블록이 정지해 있기 위해서는

이 3가지 힘이 서로 평형을 이루어야 한다.

 

블록을 원점으로 좌표를 설정하면

중력을 x(접선), y(수직) 성분으로 나눌 수 있다.

 

여기서 중력의 수직성분(perpendicular component)은

수직항력과 평형을 이룬다.

 

그렇다면

중력의 접선성분(tangential component)이

전기력과 평형을 이룬다면

블록은 정지상태에 있게 된다.

 

이를 수식으로 표현하면 아래 이미지와 같다.

 

 

이를 전기장의 크기에 대해 정리하면

아래와 같다.

 

 

 

 

이제 (b) 번 문제로 넘어간다.

(b) 번의 경우 (a) 번에서 구한 식에

문제에서 준 물리량을 대입해 주면

답을 구할 수 있다.

 

따라서

정답은 아래 이미지와 같다.

 

 

 

 

 

소감

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수직항력의 개념과 수직항력과 중력 간의 관계에 대해 잘 몰라서 어려워했던 문제였다. 경사면에서 수직항력은 중력보다 작기 때문에 경사면을 따라 물체가 하강한다는 것을 배웠고, 수직항력이 중력보다 작다는 사실을 기반으로 수직항력에 평형인 힘을 중력벡터의 수직성분(perpendicular component)으로 잡을 수 있게 된다. 그렇게 중력벡터의 수직성분을 잡으면 접선성분(tangential component)은 자연스레 도출되고 그러면 문제를 풀 수 있게 된다. 그래서 오늘 배운 중요한 한 가지.

 

수직항력 : 중력에 대한 반작용으로 작용하는 힘이 아니라, 물체를 떠받치고 있는 면이 물체가 면에 작용하는 힘에 대한 반작용이다.