2021 peet 물리 15번

물리1 에서는 병진운동에 대해서 배우는데, 보통은 마찰이 없으면, 역학적에너지 보존! 이라고만 알고 있으면, 피트 문제의 ㄱ은 햇갈리기 쉽다. 

오잉? (나) 에 마찰력 있으니, 역학적에너지 보존 안되겠구나, 생각하고 ㄱ을 틀렸다고 하면, 이문제는 그냥 틀리고, ㄴ 도 연달아서 틀린다. 

수능 물리를 보면, 기본전제로, 병진운동에서, 마찰은 무시 한다는 말이써있고, 이에 따라 역학적 에너지가 보존된다. 

사실, (나) 그림을 보면, 마찰력이 있는데, 역학적에너지는 보존이 된다. 개념적으로, 이 피트문제를 통해 알수 있는거는, 마찰력이라는게 존재만 한다고, 역학적에너지가 손실되는게 아니라, 마찰력에 의해서, 물체가 미끄러짐을 당해서, 소리에너지나 열에너지로 손실이 일어나야 역학적에너지가 손실되는것이다. 

(나)의 운동 상황을 보면, 공이 면을 따라 굴러간다. 마찰력이 있기 때문에, 문제 상황 조건에서 미끄러지지 않고 smoothly 하게 굴러간다고, 문제 조건에 써있다. 한마디로, 마찰력은 있지만, 에너지가 손실되지 않고, 굴러가기 때문에. ㄱ은 맞는 설명이고, 

ㄴ 보기는, 역학적에너지가 보존 되는 상황에, 위치에너지가 mgh로 둘다 같고, 동일한 구슬 이므로, 같은 높이 까지 올라간다고 이야기 할수 있다. 

좀더 구체적으로 

회전운동이 포함된 

역학적에너지는 = 회전운동에너지+병진운동에너지+위치에너지= 회전운동에너지(=0)+ 병진운동에너지(=0)+위치에너지

관계에서. 최고점 높이에서, 정지해있으니, 병진과 회전운동에커지는 0이 되고, 오직 위치에너지만 존재하고. 최하점에서는, 위치에너지가 0이고, 다시 최고점으로 갈때는 회전운동에너지와 병진운동에너지가 모두 위치에너지로 전환된다. 

그러므로, 최고점 높이가 같은 이유이다. 

그리고, ㄷ은 (가) 와 (나)의 두 경우 모두 같은 최고점에서 정지 하므로, 이동거리가 같다. 그러면, 속력을 비교해보면, 

(나)의 경우는 위치에너지가 일부 회전운동애너지로 빠지기 때문에,

(가)와 같이 100%로 위치에너지가 병진운동에너지로 바뀌는 경우보다, 속력이 다소 느리다. 위의 문제는 정성적으로 푸는 문제여서,( 구체적인 계산은 생략), 그러므로, 답은, ㄱ,ㄴ 이고, 정답률이 37%로 매우낮다.