문제 풀이 먼저 문제의 물리적 상황을 그림으로 살펴보자 하나의 구에는 3가지의 힘이 작용하고 있다. 끈에 의한 장력, 전기력(척력), 중력 이 힘들 간의 관계를 설명하면 평형상태에서 장력의 y성분은 중력과 같고 장력의 x성분은 전기력과 같다. 이 관계를 이용하여 식을 세울 수 있다. 식은 아래와 같다. 여기서 T는 mg/cosθ와 같으므로 아래 식에 대입할 수 있다. 그렇다면 문제에서 주어진 값들을 대입해서 전하를 계산할 수 있게 된다. sinθ/cosθ = tanθ임을 이용해서 식을 세우면 전하 q를 구할 수 있다. 따라서 전하 q는 이렇게 된다. (혹은 7.2nC) 결론 장력의 개념과 장력이 어떻게 수식으로 표현되는지 알고 그것을 이용해 장력의 x성분과 전기력이 평형 상태에 있다는 조건으로 식을 세울..

일반물리학 문제풀이 2023. 11. 30. 21:22

문제 풀이 문제 상황을 아래 그림으로 조금 더 자세히 살펴보자 2.00μC 전하에 가해지는 힘은 x축으로 0.5m 거리에 있는 음전하와 직선거리로 0.5m 거리에 있는 양전하로 인한 정전기력이다. 전기력은 중첩되기 때문에 각 힘의 벡터합으로 2.00μC 전하에 가해지는 전기력의 크기와 방향을 구할 수 있다. 그렇다면 각 힘의 x, y 성분을 구해보자 먼저 힘의 x성분은 위 이미지와 같다. 그렇다면 힘의 y성분은 아래 이미지와 같다. 그래서 힘의 x성분과 y성분의 값은 이렇게 된다. 힘의 x성분과 y성분을 알았으니 이제 힘의 크기와 방향을 구할 수 있게 되었다. 힘의 크기와 방향은 아래와 같이 구할 수 있다. 이 식에 우리가 구한 힘의 x성분과 y성분을 대입해서 계산해주면 아래와 같다. 결론 역시나 중첩의..

일반물리학 문제풀이 2023. 11. 27. 20:44

문제 풀이 원점에 놓인 전하는 중첩의 원리에 따라 x, y축 위에 있는 전하의 벡터합으로 자신에게 작용하는 정전기력을 구할 수 있다. 따라서 x 성분에 작용하는 힘, y 성분에 작용하는 힘으로 나누어서 힘의 크기와 방향을 구해야 한다. 계산은 아래 이미지와 같이 하면 된다. 문제에서 제시된 물리량을 쿨롱의 법칙에 따른 정전기력 계산식에 대입해 주면 위 이미지와 같이 x, y성분의 정전기력을 구할 수 있다. 따라서 원점에 놓인 전하에 작용하는 힘의 크기는 피타고라스 정리에 의해 x성분의 제곱과 y성분 제곱의 합의 제곱근이 되고 힘의 방향은 아크탄젠트로 구할 수 있다. 힘의 크기와 방향의 계산 결과는 아래와 같다. 결과를 그림으로 표현하면 아래와 같다. 결론 정전기력은 중첩의 원리가 적용되는데 이를 이해하고..

일반물리학 문제풀이 2023. 11. 26. 18:56

문제 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 아..

일반물리학 문제풀이 2023. 11. 16. 23:44

문제 이 문제의 상황을 그림으로 표현해 보았다. 왼쪽의 용수철은 q₂전하가 q1전하 밑에 위치하기 전의 모습이고 오른쪽의 용수철은 q₂전하가 q1전하 밑에 위치하여 전기력이 작용해 용수철이 늘어난 모습이다. 아래 영상을 통해 문제 상황을 보다 더 직관적으로 이해할 수 있을 것이다. 문제의 상황을 표현한 애니메이션 0.800μC의 양전하로 대전된 구가 용수철에 매달려 있다. 이 때 용수철은 평형 위치에 있는 것으로 가정했다. 이런 상황에서 -0.600 μC의 음전하로 대전된 구를 용수철에 매달린 구를 밑에 놓게 되면 쿨롱의 법칙에 의해 두 전하 사이에 인력이 작용하게 되고 그에 따라 용수철이 3.5cm 더 늘어나고, 두 구 사이의 거리가 5.00cm가 되었을 때 두 구가 평형 상태에 도달하였다. 이는 용수..

일반물리학 문제풀이 2023. 11. 12. 19:15

문제 프리덤 우주정거장에 반지름을 무시할만한 두 개의 금속 구 A와 B가 두 개의 금속 칸막이 사이에서 떠서 정지해 있다. A와 B는 길이 2.00m의 팽팽한 비전도성 실에 의해 연결되어 있다. 구 A의 전하량은 q이고 구 B의 전하량은 2q이다. 각각의 금속 구는 칸막이와 1.00m 떨어져 있다. (a) 줄의 장력이 2.50N일 때, q의 크기는 얼마인가? (b) 시간이 지나면서 어떤 일이 일어나는가? 설명해라 풀이 문제의 상황을 그림으로 표현한 것이다. 반지름을 무시할수 있다는 말은 두 금속 구가 점전하라는 의미로 풀이된다. 따라서 두 점전하 A와 B가 2.00m 떨어져 있고 둘 사이에는 비전도체 실이 팽팽하게 연결되어 있는 상황이다. 그렇다면 두 점전하 A와 B는 서로 같은 양전하이기 때문에 척력이..

일반물리학 문제풀이 2023. 10. 31. 23:54

플라스마(Plasma)란 고체, 액체, 기체와 함께 물질의 상태를 나타내는 개념이다. 기체에 높은 에너지(열 에너지, 전기 에너지 등)를 주면 전자의 에너지 레벨이 올라가고 에너지 레벨이 올라감에 따라 자유전자가 발생하게 되는데 이때 정말 높은 에너지를 주게 되면 원자가 자유전자와 이온으로 분리되고 이런 자유전자와 양이온들이 모여 기체가 된다. 이러한 기체들의 상태를 플라스마 상태라고 한다. 플라즈마 상태의 특징은 우선 입자가 자유전자, 양이온, 중성입자로 분리된다는 것이고 둘 째는 빛을 방출한다는 것이다. 자유전자가 된 전자는 곧장 양이온에 속박되어 안정된 상태로 돌아가려고 하는데 이를 재결합(Recombination) 현상이라 한다. 이렇게 전자가 양이온의 전기장 안으로 속박되려고 할 때 에너지 레벨..

물리학 사전 2023. 10. 10. 21:15

개념 Coherence란 결맞음 혹은 가간섭성으로 번역되는 용어다. 말이 좀 어려운데 간단히 하면 서로 다른 파동들 간에 주기와 위상이 얼마나 일치하는지를 나태내는 정도다. 그러니까 coherence가 높다는 말은 파동들 간 일치하는 정도가 높다는 말이고 coherence가 낮다는 말은 그 반대의 의미가 되는 것이다. 보강간섭과 비교 보강간섭과 coherence 간에 차이를 설명하고자 한다. coherence가 파동들 간에 주기와 위상이 얼마나 일치하는지를 설명하는 지표라면 보강간섭은 위상과 주기가 같은 서로 다른 파동이 만나 진폭이 증가하는 현상을 말한다. 보강간섭의 원리 보강간섭은 파동의 중첩(superposition)이라는 고유한 특성 때문에 일어난다. 중첩이란 서로 다른 두 파동이 서로 한 점에서..

물리학 사전 2023. 10. 8. 20:59