[개념정리&심화] "장력(T)" 끝장보기 + 약간의 홍보(?)
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안녕하세요:) 오르비 피코T입니다.
오늘은 장력에 대해서 A to Z로 기초 개념부터 심화 스킬까지 다뤄볼까 합니다.
1. 장력(Tension)이란?
우선 장력의 근원에 대해서 먼저 생각해봅시다.
장력은 줄과 같은 1차원 연속체의 양쪽 끝이 힘을 받아 팽팽함이 유지될 때, 그 줄의 각 점에 작용하는 당기는 힘입니다.
장력은 실을 잡아당기게 되면 실이 끊어지지 않기 위하여(분자끼리 손을 잡고 있으므로) 장력의 근원은 줄을 당길 때 생기는 "복원력" 이라고 할 수 있겠습니다.
따라서 실은 원래의 길이를 방향으로 하여 힘이 가해지는 것을 알 수 있겠습니다.
위의 그림처럼 실의 어떠한 지점에서 분자에게 작용하는 힘을 관측한다면 양쪽으로 T로 잡아당기는 것을 알 수 있겠습니다.
2. 장력의 특징 정리
(1) 실의 내부 어디에서나 장력은 T로 동일하다.
(2) 실의 분자는 양쪽으로 장력 T를 받는다.
(3) 실이 팽팽할 때 장력T가 생긴다. 실이 팽팽하지 않다면 장력이 0이다.
(4) 장력은 공식이 없기에 무조건 운동방정식을 세워서 간접적으로 구해야 한다.
(5) 여기서 실이란 질량이 없고 늘어나지 않는 특징이 있다.
3. 장력을 측정하는 기구(용수철 저울)
용수철에 잡아당기는 힘을 가하면 그 길이가 늘어나고, 누르는 힘을 가하면 길이가 짧아진다.
이때 용수철에 가해진 힘과 용수철이 늘어난 정도가 비례하는 성질을 이용하여 만든 저울.
그러니까 약간 체중계는 몸무게(수직항력)을 재려고 만든거잖아요?
장력을 재려고 용수철 저울을 만든거니까 그냥 용수철저울에 측정된 힘은 바로 장력이 되겠습니다.
4. 장력을 계산하는 방법(운동방정식)
(1) 팽팽한 실의 양 끝에서 안쪽 방향으로 작용한다. 달리 말하면, 장력의 방향은 실이 팽팽해지는 방향이다.
(2) 줄이 팽팽할 때의 장력의 모습
(3) 장력은 공식이 없으므로 운동방정식을 세워서 풀어야한다.
5. 특정한 곳에서의 장력
예를 들어서 위의 방법으로 어떤 임의의 곳에서의 장력을 구하려고 한다면 정말 힘들 것이다.
왜냐하면 예를들어 2000개의 물체가 매달려 있다고 해보자. 이 때 문제에서 1723번 째의 장력을 구하라고 한다면 하.. 이는 1723번을 노가다를 해야할 것인가! 라는 문제에 도착하게 된다.
결과는 아래와 같다.
위의 내용을 조금만 더 친절하게 설명을 해주자면,
수평면에서는 장력 T=알짜힘X질량으로 구성이 되어있다.
연직면에서가 사실 최종 본인 것이다. 수평면인 상황에서는 F와 W중력이 없어지므로 자연스레 알짜힘의 구성으로만 이루어지는 것이다.
위의 방법으로 도르레를 기점으로 실의 뒤쪽에 매달려있는 물체들의 질량(개수X)을 알 수 있다면 2개의 STEP만에 장력을 쉽게 계산할 수 있다.
성질을 한번만 더 정리를 하자면 다음과 같다.
6. 실이 끊어졌을 때의 장력
실이 끊어지게 되면 양 옆의 물체들의 알짜힘이 변하게 된다.
알짜힘의 변화량=m(델타a)이므로 이를 이용하자면,
이렇게 정리를 할 수 있다.
다시 한번 공식의 의의점을 정리를 해보면 다음과 같다.
7. 합력 보존 법칙
위의 공식을 사용하려면 가속도가 어디로 변하는 가를 명확하게 파악을 해야한다.
이는 합력 보존 법칙으로 직관적으로 바로 파악할 수 있다.
이렇게 해서 장력의 A to Z를 정리해 보았습니다 ^^
문제풀이의 경우 3모 이후에 진행되는 기출풀이 특강을 이용해주시면 새로운 물리를 보실 수 있으실
겁니다:)
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왠만하시면 현강으로 저는 추천 드리는 바입니다! (저의 개꿀잼 유머와 시간 순삭!!)
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[매주 나눠주는 숙제] 수특, 수완 편집본
[유형별 주간테스트] 유형별 CODE대로 나눠서 문제 합당한 근거로 출제
그리고 변화하는 문제들에 대응하여 계속해서 공식들을 매주 공장마냥 찍어내서 소개도 하고 있으니, 오르비 칼럼러로써 수강생들이 얻어가는 물리 내용이 꽤 많겠죠?!!
<이력>
연세대 천문우주학과
오르비학원 & 성북 메가스터디 강의
포스코고등학교, 한성과학고 내신학원 출강 (전체 전교1등 학생 수강중)
<강사 페이지>
https://academy.orbi.kr/gangnam/teacher/332
https://academy.orbi.kr/gangnam/teacher/332
https://academy.orbi.kr/gangnam/teacher/332
<수강신청>
https://academy.orbi.kr/gangnam/booking/payment
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아무튼 제 수업 현강 취소율은 (1회 이상)에서는 아무도 없었습니다! 그만큼 한번 저하고 친해지면 성적 반영이 빠르다는 것 아니겠습니까~ 지금까지 물리를 공부해봤지만 감을 못잡거나, 빠르게 물리 성적을 실력대로 일관되게 올리고 싶다면 현강으로 저와 함께 토요일마다 공부를 하시면 좋을 겁니다!
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제가 내공이 부족해서 직관적으로는 이해가 잘 안되지만, 천천히 곱씹으며 음미해보겠습니다. 좋은 음식 감사합니다 ㅜㅜㅜ
맛잘알 피코T