[일반물리학] 일반물리학1 문제풀이 (1학기 중간고사 대비) - 여러가지 힘과 힘의 평형 (tension, point, setting, reason)

질문 요약

문제 21번에서 지점마다 장력을 따로 설정하는 이유는 무엇인가요?

답변 요약

줄의 질량을 무시한 경우, 한 줄 내부의 모든 지점에서 장력은 동일하다는 모델링을 이용한다고 가정합니다. 이러한 가정 하에서 모든 지점에서 장력은 동일하다고 할 수 있습니다. 이러한 가정은 단순화를 위한 것이며, 엄밀한 장력 모델링을 위해서는 관성과 외력을 독립적으로 고려해야 합니다. 다만, 이 문제에서는 매듭이 묶여 있으므로 매듭이 묶여 있는 부분의 세 줄의 관성과 외력이 동일하지 않다고 볼 수 있습니다. 또한, 만약 모든 지점에서 장력이 동일하다면, 줄의 경계점에서는 평형을 이룰 수 없음을 알 수 있습니다. 이러한 이유로 이 문제에서는 장력이 모두 다르다고 가정하여 풀이하게 됩니다.

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[일반물리학] 일반물리학1 문제풀이 (1학기 중간고사 대비) - 여러가지 힘과 힘의 평형

안녕하세요, 여러분. 오늘은 일반물리학1의 중간고사 대비를 위해 여러가지 힘과 힘의 평형에 대한 문제풀이를 진행해보겠습니다. 특히 자주 헷갈려 하는 부분 중 하나인 '줄의 질량을 무시하면 모든 지점에서 장력이 동일하다'는 주제에 집중해보겠습니다.

먼저 문제를 보겠습니다. "줄의 질량은 무시한다는 언급이 있으면 모든지점에서 장력이 동일하다고 배웠는데 문제21번에서는 왜 지점마다 장력을 따로 설정하는지 궁금합니다."

이런 질문에 대한 답변을 한번 살펴보겠습니다.

장력의 설정과 이유

우리는 일반적으로 '줄의 질량을 무시한다'는 가정하에 한 줄 내부의 모든 지점에서 장력이 동일하다고 배우게 됩니다. 이는 모델링의 한 형태입니다. 이런 가정은 문제를 단순화하고 이해하기 쉽게 만들어 주는 역할을 합니다.

하지만, 이는 모든 상황에서 적용되는 법칙이 아닙니다. 엄밀한 장력 모델링을 위해서는 각 지점의 관성과 외력을 독립적으로 고려해야 합니다. 물론, 이는 복잡한 계산을 필요로 하기 때문에 대부분의 기본 문제에서는 이를 생략하고 간단한 모델을 사용하게 됩니다.

그럼 문제21번에서는 왜 지점마다 장력을 따로 설정하는 것일까요?

이 문제의 특별한 점은 '매듭'입니다. 매듭이 묶여 있는 부분에서는 세 줄의 관성과 외력이 동일하지 않다고 볼 수 있습니다. 만약 모든 지점에서 장력이 동일하다면, 줄의 경계점에서는 평형을 이룰 수 없습니다. 이런 이유로 이 문제에서는 장력이 모두 다르다고 가정하여 풀이하게 됩니다.

즉, '줄의 질량을 무시한다'는 가정하에 장력이 동일하다는 원칙은 일반적으로 적용되지만, 특수한 상황에서는 이를 벗어나 각 지점에서 장력을 따로 설정해야 하는 경우도 있다는 것을 알 수 있습니다.

이상으로 '줄의 질량을 무시하면 모든지점에서 장력이 동일하다'는 주제에 대한 풀이를 마치겠습니다. 다음 시간에는 다른 힘에 대한 개념을 공부해보겠습니다. 감사합니다.

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