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제목 답변완료 serway 대학물리학 교과서 예제 9-1 질문
질문유형 기타 교수님 이정욱
과목 일반물리학 강좌명
작성자 김*우 (j**********0) 등록일 2023-10-31 12:26

예제 9-1에서 "궁수와 화살에 작용하는 중력과 궁수에 작용하는 수직항력을 무시해도 되는 이유"에 관해 궁금한 점이 있어 질문드리게 되었습니다.

저는 처음에 궁수+화살+빙판+지구로 된 계를 설정해두고, 이들 사이에 작용하는 내부 힘들이 모두 작용-반작용 법칙에 의해 상쇄되어(예를 들어 지구가 궁수를 당기는 중력도 반대로 궁수가 지구를 당기는 힘에 의해 상쇄된다고 보았습니다.) 운동량에 대해 고립계라고 판단했습니다.

하지만 책을 읽어보니 궁수와 화살을 계로 두면 계에 대해 중력과 수직항력이 계 외부에서 작용하지만 "중력과 수직항력 등은 계의 운동방향에 수직이므로 수평방향에서 운동량에 대해 고립계이다."라고 쓰여있었습니다.

 

여기서 저의 의문점이 발생했습니다. "만약 화살을 수평방향으로 일직선이 아닌 수평방향에 대하여 임의의 각도 방향으로 쏘면, 제가 생각한 작용-반작용 법칙에 의한 내력의 상쇄 관점에서 보면 여전히 운동량에 대해 고립계이지만, 책에서 나와있는 것처럼 운동방향에 대한 수직의 관점에서 보면 이 때는 화살과 궁수의 운동방향에 대해 중력, 수직항력이 수직이 아니므로 화살을 쏘기 전과 쏜 직후에 운동량에 대해 비고립계가 되지 않나?"라는 생각이 들었습니다. 즉, 저의 의문점에서 잘못된 점을 여쭤보고 싶고 더 나아가 9-1 예제처럼 운동량에 대해 고립계, 비고립계를 설정할 때 중력, 수직항력 등 다양한 힘들을 무시할 수 있는 정확한 판단 기준을 여쭈어보고 싶습니다!!

 

읽어주셔서 감사합니다.^^    

 

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댓글
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이*욱 교수님

안녕하세요. 이정욱 입니다.

 

운동량을 이해할 때, 벡터라는 점을 잊지 말아야 합니다.

 

2차원 상의 운동을 다룰 때, 질문에서와 같이 투사체 운동의 경우, 운동량을 수평방향과 수직방향으로 나눠 독립적으로 해석할 수 있습니다.

중력과 수직항력의 경우 연직방향으로만 작용하므로 연직방향에 대해서는 운동량의 변화가 가능합니다. 즉, 외부로부터 연직방향의 운동량을 추가할 수 있는 계라는 점이지요.

반면 수평방향으로는 활과 화살 사이의 내부힘만 작용하므로 수평방향 운동량에 대해서는 외력이 없는 것으로 해석이 가능합니다. 그래서, 수평방향으로는 운동량에 대해 고립계라는 표현이 옳습니다.

 

질문하신 것처럼...힘들을 무시하는 것이 아니라...각 힘들의 고유한 특성에 기인하는 것입니다.

힘을 운동량을 전달하는 매개체와 같이 해석한다고 할 때, 어떤 계에 대해 어느 방향으로 작용하는가...이 부분이 고립계와 비고립계를 구별하는 기준이 됩니다.

  • 2023-11-05
  • 2024-12-12 수정