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General Physics (II) • • • • 담당교수 연구실 구내전화 전자메일 : : : : 일반물리학(II) 민병준 물리동 1114 6436 [email protected] http://bohr.daegu.ac.kr/wiki 강의자료, 담당교수 시간표, 공지사항, 시험 및 과제 성적 기초물리학 실험실 – 생명동 1층 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN General Physics (II) 일반물리학및실험(II) 지켜야 할 사항 1. 수업 시간 중 잡담 금지 – 다른 사람에게도 피해를 끼침 2. 늦게 들어올 경우 다른 사람에게 방해 안되게 조용히 들어올 것 3. 부정 행위 시, F 는 물론이고, 그 뒤에도 내 강의 수강을 금지함 4. 시험에 늦게 들어오는 것은 허용되지 않음 弘益人間 홍익인간 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN General Physics (II) 일반물리학(II) 1. 학기 초 기초테스트 점수가 중간 정도이면서도 F 를 받은 경우가 있다. 2. 최종 학점을 90 점 이상 받은 사람의 학기 초 기초테스트 점 수 분포를 보면 거의 모든 점수 대에 고르게 분포한다. 결론 : 기초 학력에 무관하게 좋은 성과를 거둘 수 있다. 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN Coulomb’s Law (1785) 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN Coulomb’s Law 한 쌍의 “점 전하” 사이에서 작용하는 힘 Q F r q F Qq F k 2 r 같은 부호의 전하 사이에서는 서로 미는 힘 다른 부호의 전하 사이에서는 서로 당기는 힘 instantaneous interaction 즉각적으로 상호작용한다고 가정. 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN SI 단위계에서의 Coulomb’s Law 전하의 단위를 쿨롱 [C] 으로 정의한다 N m k 8.987510 2 C 9 2 1 4 0 으로 정의하면, 역학에서 정의하였던 단위와 서로 호환되므로 편리하다. 0는 진공에서의 유전율이라고 한다. 0 8.8510 12 2015-04-13 2 C Nm 2 Copyright Prof. Byeong June MIN Kestrel engine(SpaceX) 추진력 = 31 kN 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN Space shuttle -1 C 1 1 7 F 9 10 10 N 2 20 9 Fthrust 104 N +1 C 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 즉각적인 상호작용 Instantaneous Interaction 실제로는 음파가 우리 귀에 도달하는 데에 시간이 걸린다. 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN Instantaneous Interaction 서울-대구 사이라면, 말이 전달되는데 약 17분 걸린다 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 연습문제. 서로 3 m 떨어진 곳에 +2 C 과 – 5 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 1. 먼저 두 전하의 그림을 그려야 한다. -5C +2 C 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 연습문제. 서로 3 m 떨어진 곳에 +2 C 과 – 5 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 2. 사용하기에 편리한 좌표계를 설정한다. 이 문제에서는 x-축 하나만으로 충분하다. +x 3m -5C +2 C 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 연습문제. 서로 3 m 떨어진 곳에 +2 C 과 – 5 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 2. 사용하기에 편리한 좌표계를 설정한다. 이 문제에서는 x-축 하나만으로 충분하다. +x 3m -5C +2 C 단위계 통일! 2 Qq Qq Nm 9 F k 2 9 10 2 2 r C r 2 9 Nm 2C 5C 10 9 10 1 10 N 2 2 C 3m 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 연습문제. 서로 3 m 떨어진 곳에 +2 C 과 – 5 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 2. 사용하기에 편리한 좌표계를 설정한다. 이 문제에서는 x-축 하나만으로 충분하다. +x 3m -5C +2 C Q : - 5 C 전하가 받는 힘은? Qq F k 2 11010 N r A : - x 축 방향으로 1 X 1010 N Q : + 2 C 전하가 받는 힘은? A : + x 축 방향으로 1 X 1010 N 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 연습문제. (3[m], 0[m]) 의 위치에 +3 C 의 전하가, 그리고 (0[m], 4[m])의 위치 에 +2 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 1. 먼저 두 전하의 그림을 그려야 한다. 5 4 3 2 1 0 -2 -1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 연습문제. (3[m], 0[m]) 의 위치에 +3 C 의 전하가, 그리고 (0[m], 4[m])의 위치 에 +2 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 2. 두 전하가 받는 힘을 그려야 한다. 5 4 3 2 1 0 -2 -1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 연습문제. (3[m], 0[m]) 의 위치에 +3 C 의 전하가, 그리고 (0[m], 4[m])의 위치 에 +2 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 3. 두 전하가 받는 힘의 크기를 구한다. 5 4 3 2 1 0 -2 -1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 연습문제. (3[m], 0[m]) 의 위치에 +3 C 의 전하가, 그리고 (0[m], 4[m])의 위치 에 +2 C 의 전하가 고정되어 있다. 이 두 전하가 받는 힘을 구하여라. 4. 두 전하가 받는 힘의 x-성분과 y-성분을 구할 수 있는가? 5 4 3 2 1 0 -2 -1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 수소 원자에서 두 입자가 주고 받는 쿨롱 힘과 만유인력의 크기를 비교하여라. 1. 수소 원자의 데이터를 찾는다. r 5.3 1011 m 전자 electron me 9.111031 kg qe 1.601019 C 양성자 proton mp 1.671027 kg q p 1.601019 C 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 수소 원자에서 두 입자가 주고 받는 쿨롱 힘과 만유인력의 크기를 비교하여라. 1. 수소 원자의 데이터를 찾는다. r 5.3 1011 m 전자 electron me 9.111031 kg qe 1.601019 C 양성자 proton mp 1.671027 kg 19 q p 1.6010 C 쿨롱 힘 FCoulomb k Qq r2 2 19 N m 1 . 60 10 C 8.99109 2 2 11 C 5.3 10 m 8.2 108 N 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 2 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 수소 원자에서 두 입자가 주고 받는 쿨롱 힘과 만유인력의 크기를 비교하여라. 1. 수소 원자의 데이터를 찾는다. r 5.3 1011 m 전자 electron me 9.111031 kg qe 1.601019 C 양성자 proton mp 1.671027 kg 19 q p 1.6010 C 만유인력 Fg G Mm r2 2 31 kg 1.67 10 27 kg 22 N m 9.11 10 6.67 10 2 2 kg 5.3 10 11 m 3.6 1047 N 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 수소 원자에서 두 입자가 주고 받는 쿨롱 힘과 만유인력의 크기를 비교하여라. 1. 수소 원자의 데이터를 찾는다. r 5.3 1011 m 전자 electron me 9.111031 kg qe 1.601019 C 양성자 proton mp 1.671027 kg q p 1.601019 C 2015-04-13 FCoulomb 39 210 Fg Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 이 때 쿨롱 힘으 로 인한 전자의 가속도를 계산하여라. 1. 전자가 받는 힘은 앞에서 계산하였다. FCoulomb r 5.3 1011 m Qq k 2 8.2 108 N r 전자 electron me 9.111031 kg qe 1.601019 C 양성자 proton mp 1.671027 kg q p 1.601019 C 2. 뉴튼의 제2법칙 F = m a 를 적용하여 가속도를 구한다. 8 FCoulomb 8 . 2 10 N 22 m a 9.0 10 2 m s 9.111031 kg 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 이것은 중력가속도 g 의 약 1022 배이다. 예제. 수소 원자는 양성자 1개와 전자 1개로 이루어져 있다. 이 때 쿨롱 힘으 로 인한 전자의 가속도를 계산하여라. a 9.0 10 22 m 22 2 10 g s m g 9 . 8 2 s 사람이 견딜 수 있는 한도는 수평방향으로 약 17 g , 수직방향으로 약 5 g 정도이다. 1. 2. 3. 4. grey-out 색깔을 못 보게 됨 tunnel vision 주변 시력을 잃음 blackout 시력을 잃음 g-loc(loss of consciousness) 의식을 잃음 5. death 사망 신체에 접촉하여 작용하는 힘이기 때문에 신체에 고루 작용하지 않기 때문에 위험 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 중첩원리 superposition principle 어떤 전하가 여러 개의 전하로부터 받는 힘은 각각의 전하로부터 받는 힘의 벡터 합과 같다. Q1 F2 q Q2 2015-04-13 F F1 Copyright Prof. Byeong June MIN 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q2 가 q3 에게 작용하는 힘 F23 의 성분을 구하여라. 5 1. 먼저 그림을 그려야 한다. 4 q1 6.00109 C 3 q2 2.00109 C q3 q2 q3 5.00109 C 2 1 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q2 가 q3 에게 작용하는 힘 F23 의 성분을 구하여라. 5 1. 먼저 그림을 그려야 한다. F23 4 3 q1 6.00109 C q2 2.00109 C q3 q2 q3 5.00109 C 2 F23 k q 2 q3 r 2 9 2.0010 C 5.0010 C k 1 9 4m2 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 5.62109 N 따라서 힘 F23 은 -1 F23 5.62109 N ,0 -2 2015-04-13 5 Copyright Prof. Byeong June MIN 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q1 가 q3 에게 작용하는 힘 F13 의 성분을 구하여라. 5 1. 먼저 그림을 그려야 한다. F13 4 3 q1 6.00109 C q2 2.00109 C q3 q2 q3 5.00109 C 2 F13 k q1q3 r 2 9 6.0010 C 5.0010 C k 1 5m2 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 1.08108 N 9 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q1 가 q3 에게 작용하는 힘 F13 의 성분을 구하여라. 2. 이제 힘 F13 의 크기로 부터 각 성분을 구하자. 5 F13 1.08108 N 4 F13 두 삼각형은 닮은꼴이다. 3 2 5m F13, y F13, x 3. 이제 힘 F13 의 x-성분 을 구하자. 3m F13, x 1 4m 0 -2 -1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 4 F13 5 8.63109 N 4. 마찬가지로 힘 F13 의 y-성분은 3 F13, x F13 5 6.50109 N 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q3 에 작용하는 힘의 합력을 성분으로 나타내고, 그 크기와 방향을 구하여라. 5 4 F23 q3 3 q2 F13 2 1 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 복습 : 벡터의 덧셈 y A B A Ay Ax 2015-04-13 A Ax , Ay B Bx , By A B Ax Bx , Ay By B x Copyright Prof. Byeong June MIN 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q3 에 작용하는 힘의 합력을 성분으로 나타내고, 그 크기와 방향을 구하여라. 5 F13 4 F23 3 q2 q3 F23 5.62109 N ,0 F13 8.63109 N ,6.50109 N F 3.01109 N ,6.50109 N 2 1 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 5 예제 15-2. 아래 그림의 위치에 세 개의 전하가 고정되어 있다. (a) q3 에 작용하는 힘의 합력을 성분으로 나타내고, 그 크기와 방향을 구하여라. F 3.01109 N ,6.50109 N 5 힘 F 의 크기는 피카고 라스 정리를 이용하여 구한다. 4 3 q3 q2 2 F 3.0110 N 6.5010 N 9 2 7.16109 N 1 6.50109 tan 3.01109 Fx Fy 0 -2 -1 q1 0 1 2 3 4 5 65.2 -1 -2 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN 9 2 연습문제 7. 점전하 3개가 한 변 길이 0.5 m 인 정삼각형의 꼭지점에 배열되 어 있다. 2 mC 전하에 작용하는 알짜 힘을 구하라. q3 7.00mC d 0.5m q1 2.00mC 2.00106 C q2 4.00mC 1. 먼저 그림을 그려야 한다. q1 이 q2 로부터 받는 힘을 F12 라 하고 q1 이 q3 로부터 받는 힘을 F13 라 하자. 2. F12 와 F13 의 크기를 쿨롱 힘의 공식을 사용하여 구한다. 3. F12 와 F13 의 x-성분과 y-성분 을 구한다. 4. 합력의 x-성분과 y-성분을 구한 다. 2015-04-13 Copyright Prof. Byeong June MIN