97학년도 중학교 물리 전국대회

1. 질량이 각각 2kg과 5kg인 두 공이 아래의 그림과 같이 수평으로 놓여 있는 막대기에 저항이 없이 움직인다. 3m/s로 움직이고 있는 무거운 공에는 용수철상수 4480 N/m인 용수철이 달려있으며 가벼운 공은 17m/s의 속력으로 무거운 공을 향해 움직이고 있다.

(1) 두 공이 충돌할 때 용수철은 최대 얼마나 압축되는가?

( 용수철상수 k인 용수철을 x만큼 압축할 때 소요되는 에너지는 로 주어진다.)

(2) 두 공의 최종 속도를 각각 구하라.

2. 질량이 M인 화차가 속력 v로 수평으로 움직이고 있고, 이 화차에 질량 m 인 화물이 수직으로부터 조용히 떨어져서 실려진다. 화물과 화차의 표면 사이에는 운동마찰계수가 인 마찰이 작용한다. 이외의 모든 마찰은 무시하고 중력가속도의 크기를 g라 하여 아래 물음에 답하라.

(1) 화물은 화차 위를 미끄러져서 결국은 최종 속력에 도달한다. 그 최종 속력을 구하라.

(2) 위에서 화물이 최종 속력에 도달할 때까지 미끄러진 거리를 구하라.

(3) N개의 하물을 순차적으로 떨어뜨렸을 때, 화차의 최종 속력을 구하라.

3. 질량이 M 이고 반지름이 인 지구에서 지표면에 수직 방향으로 발사한 질량 m 의 물체는 발사 속도 에 따라 다른 모습의 운동을 하게 된다. 여기서 지구 중심과 물체와의 거리가 r 이라고 하면 이 계의 위치에너지는 로 주어진다. ( G는 만유인력 상수 )