[일반물리학] Serway 대학물리학2 13강 질문 (Talk, moment arm, force vector, parallelogram, magnetic force, vertical upward direction, horizontal plane, angle θ, FB, magnetic dipole moment)

질문 요약

Serway 대학물리학2 13강에서 고리의 회전과 역학적 평형 상태, 중력과 자기력의 토크에 대해 더 자세한 설명을 듣고 싶습니다. 또한, 중력의 토크와 자기력의 토크의 방향이 반대인 이유와 자기력의 토크 식에서 b cosθ가 곱해지는 이유에 대해 이해하고 싶습니다. 그리고 두 가지 방법 중 어떤 방법을 사용하는 것이 나중에 전기공학전공에서 더 필요한지에 대한 질문도 있습니다.

답변 요약

토크는 모멘트 팔과 힘벡터를 이용하여 평행사변형으로 나타내는 물리량입니다. 자기력이 연직 윗방향이라면, 수평면과 이루는 각 θ에 대해 모멘트 팔은 b cosθ이고 힘은 FB입니다. 이러한 표현은 3차원 공간에서 다루는 전공에서 사용되므로 자기쌍극자 모멘트를 연습하는 것이 권장됩니다.

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[일반물리학] Serway 대학물리학2 13강 질문

안녕하세요, 저의 강의를 찾아주셔서 감사합니다. 여러분의 질문에 대한 답변을 준비했습니다. 먼저, 고리가 회전하다 역학적 평형 상태가 되는 부분에 대해서는 물체가 회전운동을 하다가 어떠한 외력의 작용 없이 멈추게 되는 상태를 말합니다. 이 상태에서 물체의 회전운동량은 변하지 않고, 회전력도 0이 되어야 합니다. 외부에서 가해지는 토크가 없어야 이러한 평형 상태가 유지됩니다.

다음으로, 교재의 46분 30초 경에 나오는 식에 대해 설명드리겠습니다. 여기서 토크는 모멘트 팔과 힘벡터를 이용하여 평행사변형으로 나타내는 물리량입니다. 자기장 내에서 회전하는 물체에 대한 자기력의 방향은 연직 윗방향이라고 가정하면, 그 힘과 수평면과 이루는 각 θ에 대한 모멘트 팔은 b cosθ입니다. 따라서 토크의 크기는 모멘트 팔과 힘의 곱, 즉 b cosθ * Fb가 됩니다.

여기서 중요한 점은 이러한 표현 방식이 3차원 공간에서 다루는 전기와 자기장에 관한 전공에서 주로 사용되기 때문에 이를 이해하고 연습해 두는 것이 좋습니다. 물론, 말씀하신 대로 μ를 이용한 두 번째 방법도 중요하지만, 첫 번째 방법을 통해 자기쌍극자 모멘트를 이해하는 것이 전기공학 전공의 증명 과정에서 더 많이 활용되니 이 점 참고하시기 바랍니다.

다시 한번 강의에 대한 좋은 질문 감사드리며, 추가적으로 궁금한 점이 있으시다면 언제든지 질문해주세요. 항상 여러분의 성공을 응원하겠습니다.

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