물리) 노베가 본 물리학 2 포물선 운동

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짧은 글을 시작하기에 앞서 본인은 수능물리1을 봤으나 내신으로 물리2를 잠깐 배운 내신 4등급따리 물리2 노베임을 밝힙니다.

물리2의 킬러하면 떠오르는 단원 중 하나가 포물선운동 단원이라고 생각합니다. 그러나 저같은 경우 방금 수특 2강을 풀어보았을 때 이 단원이 풀이 방법만 제대로 알고 있다면 그리 어렵지 않은 단원이라고 생각하게 되었습니다. 이에 제가 생각하기에 물 2 포물선 운동 단원을 풀 때 중요하다고 생각하는 몇 가지 포인트를 공유하고자 합니다.

아래에 나오는 문제는 모두 2020 수능특강 물리학2, 2강 물체의 운동(1)의 3점 수능 테스트에서 가져온 문제임을 밝힙니다

0. 모든 풀이의 기초는 힘, 속도, 운동량등의 벡터값을 두가지 축을 잡고 분해하는 것에서 시작한다.

물2와 물1의 가장 큰 차이는 1차원 운동의 2차원으로의 확장입니다. 위 사실은 모든 2차원 문제의 기초풀이방법이니 따로 서술하지 않겠습니다.

1. 대부분의 포물선 운동에서 수평 방향으로의 속력은 일정하다

빗면같은 예외 경우를 제외하면 실제로 대부분의 포물선 운동에서 작용하는 힘은 중력뿐이고, 공기 저항 자체를 무시하기 때문에 수평 방향의 속력이 일정합니다. 아래 문제를 예로 들어보겠습니다

위 문제의 경우 오토바이의 초기 속력이 v입니다. 문제에서 공기 저항을 무시한다고 하였고, 오토바이에 작용하는 힘은 중력만 있습니다. 그렇다면 운동하는 시간동안 수평방향으로는 v만큼의 속력을 갖고 움직이는 등속력 운동을 하겠군요. 이와 같은 사실을 눈치챈 후에는 연직방향으로의 이동거리가 수평방향의 1/8이고, 연직 방향으로는 등가속도 운동을 진행하니 나중 속력은 v/4일 것이라는 결론에 다다르게 되고, 에너지 보존법칙으로 간단하게 계산을 마칠 수 있습니다.

2. 초기속도를 설정하자 & 연직방향 처음속력과 나중속력의 관계를 찾자

1번에서 들었던 문제의 경우 연직방향으로 중력만이 작용하는 등가속도 운동이다. 라는 점만으로도 문제가 쉽게 풀렸습니다. 물론 이 또한 연직방향 운동의 처음속력과 나중속력의 관계를 찾은 것이라고 볼 수 있지만 제가 말하고자 하는 것은 이 내용뿐만이 아닙니다

아래 문제를 봅시다. 이번에는 초기 속도가 나와있지 않고, 떨어지기만 하는 것이 아니라 올라갔다 내려오는 전형적인 포물선 운동입니다. 우선 초기속도를 수평방향과 연직방향으로 나누어 설정했습니다.

다음으로 주목해야 할 점은 1초라는 시간입니다. 1초라는 시간을 통해 (나중 속도) = (처음 속도) - 10이라는 관계식을 얻어낼 수 있습니다.(편의상 +y방향으로의 속도를 +라고 하겠습니다) 자, 이제 문제를 다 풀었습니다. 이 역시 등가속도 운동이니 처음속도와 나중 속도를 이용하여 연직방향으로의 이동이 1m이다라는 식을 풀면 이후의 문제를 간단하게 풀어낼 수 있습니다.

3. 필요한 문자를 찾자

2번에서 예로 들었던 문제와 같이 계산을 통해 정확한 수치를 얻어낼 수 있는 문제도 있지만 아래문제의 ㄱ, ㄴ의 보기와 같이 문자간의 관계식으로 표현되어있는 보기도 존재합니다. 앞서 말씀드린 내용을 잘 따라오셨다면, 풀이 자체는 크게 어렵지 않을 것입니다. 3번은 다만 문제를 풀 때 빠르게 정답에 도달하기 위한 약간의 미세팁이라고 생각하시면 될 것 같습니다.

풀이과정을 봅시다. ㄱ 보기에서 g, v0, H간의 관계식을 구하였습니다. ㄴ 보기를 풀 때, X = V0t이니 t가 필요하다는 생각을 하게 되었고, 시간이 들어간 식을 사용하겠다는 생각을 하게 됩니다. 그 결과, 저는 (평균속도) X (시간) = (변위)라는 식을 세웠고 나머지 보기를 간단하게 해결할 수 있었습니다.

저는 물2 기출문제를 많이 풀어본것도, 물 2 수능을 본 것도 아니지만, 이 글을 통해서 물 2라는 과목에 대한 막연한 두려움을 갖고 계셨던 여러분들께, 혹은 지금 물2수능을 고민하시고 계시는 분들께 물2는 천재들만의 과목이 아닌, 물1 역학에 대한 이해와 삼각함수에 대한 개념만 있다면 누구나 접근할 수 있는 과목이라는 점을 알려드리고 싶었습니다.

또한 물2를 막 시작하신 분들께 제가 학습하면서 느낀 저만의 팁을 조금이나마 공유하고 싶었습니다.

고인물들이 보시기에 너무 당연한거 아니야? 왜 저렇게 어렵게 풀지? 한 부분이 있으셔도 노베의 깜찍한 실수라고 받아들이시고 너그럽게 넘어가주신다면 감사하겠습니다.

P.S. 글을 쓰다보니 속력, 속도의 어휘를 혼동해서 사용하는 경우가 있을수도 있겠다는 생각이 듭니다. 이러한 오류가 있더라도 내용을 이해하시는데 문제가 없으시다면 양해해주셨으면 감사하겠습니다.

앞으로도 종종 유익한 칼럼으로 찾아오도록 하겠습니다

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