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v1 · padrão canônico

28강 — 물리에서의 벡터 응용

힘, 변위, 속도, 가속도. 경사면에서의 분해. 정적 평형.

Used in: 1.º ano do EM (16 anos) · Equiv. Physik Klasse 10 alemã · Equiv. Physics I japonês · H2 Physics singapurense

Fi=ma\sum \vec{F}_i = m \vec{a}
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

역학에서의 벡터

기본 원리

  1. 정적 평형: Fi=0\sum \vec F_i = \vec 0 (물체가 정지 또는 등속 직선 운동).
  2. 뉴턴의 제2법칙: Fi=ma\sum \vec F_i = m \vec a.
  3. 분해: 경사각 θ\theta 의 경사면에서, 중력 g=gȷ^\vec g = -g\hat\jmath 는 평행 성분 gsinθ-g\sin\theta (하강)과 법선 성분 gcosθ-g\cos\theta 으로 투영된다.

일과 에너지

  • 일: W=FdW = \vec F \cdot \vec d.
  • 일률: P=FvP = \vec F \cdot \vec v.

벡터 운동학

  • 위치: r(t)\vec r(t).
  • 속도: v(t)=dr/dt\vec v(t) = d\vec r/dt.
  • 가속도: a(t)=dv/dt\vec a(t) = d\vec v/dt.

등가속도 운동: r(t)=r0+v0t+12at2\vec r(t) = \vec r_0 + \vec v_0 t + \frac{1}{2} \vec a t^2

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Modeling 10
  1. Ex. 28.1Application
    F1=(3,4)\vec F_1 = (3, 4) N 과 F2=(1,2)\vec F_2 = (-1, 2) N 의 합력.
  2. Ex. 28.2Application
    평형을 위해 F1+F2+F3=0\vec F_1 + \vec F_2 + \vec F_3 = \vec 0, F1=(5,0)\vec F_1 = (5, 0), F2=(3,4)\vec F_2 = (-3, 4). F3\vec F_3 을 구하라.
  3. Ex. 28.3Application
    30° 경사면 위 10 kg 질량. 경사면에 평행한 힘(중력): mgsin30°mg \sin 30° = ?
  4. Ex. 28.4Application
    자유낙하 질량: F=(0,mg)\vec F = (0, -mg), a=(0,g)\vec a = (0, -g).
  5. Ex. 28.5Application
    매끄러운 45° 경사면 위 블록. 미끄러질 때 가속도: gsin45°=g2/2g \sin 45° = g\sqrt 2/2.
  6. Ex. 28.6ApplicationAnswer key
    유속 vc=(3,0)\vec v_c = (3, 0) km/h 인 강에서 보트 vb=(0,4)\vec v_b = (0, 4) km/h 의 합성속도.
  7. Ex. 28.7Application
    800 m 강을 건너는 시간: vbȷ^=4\vec v_b \cdot \hat\jmath = 4 km/h 에만 의존.
  8. Ex. 28.8Application
    F=(5,3)\vec F = (5, 3) N 으로 물체를 d=(4,0)\vec d = (4, 0) m 이동시킨 일.
  9. Ex. 28.9Application
    변위에 수직인 힘이 한 일: 영.
  10. Ex. 28.10Application
    수평 위 30°로 F=100\vec F = 100 N 으로 끄는 케이블이 카트를 d=(10,0)\vec d = (10, 0) m 이동: W=?W = ?
  11. Ex. 28.11ApplicationAnswer key
    평균 가속도: a=(vfvi)/Δt\vec a = (\vec v_f - \vec v_i)/\Delta t. vi=(10,0)\vec v_i = (10, 0), vf=(10,5)\vec v_f = (10, 5), Δt=2\Delta t = 2s: a\vec a?
  12. Ex. 28.12Application
    a=(0,g)\vec a = (0, -g)v0=(v0cosθ,v0sinθ)\vec v_0 = (v_0 \cos\theta, v_0 \sin\theta) 하의 발사체 궤적.
  13. Ex. 28.13Application
    45°, v0=20v_0 = 20 m/s 로 발사한 발사체의 비행 시간.
  14. Ex. 28.14ApplicationAnswer key
    같은 발사체의 수평 사거리.
  15. Ex. 28.15Application
    발사체의 최대 고도.
  16. Ex. 28.16Application
    마찰 있는 경사면 블록: 마찰력 f=μN=μmgcosθf = \mu N = \mu mg \cos\theta 가 운동에 반대.
  17. Ex. 28.17Application
    어떤 θ\theta 에서 블록이 미끄러지기 시작하는가(정지 마찰 μs=0,3\mu_s = 0{,}3)? θ=arctanμs\theta = \arctan \mu_s.
  18. Ex. 28.18Application
    운동 방향 v=(3,4)\vec v = (3, 4) 의 단위 벡터.
  19. Ex. 28.19Application
    30°30° 경사면을 따른 (10,0)(10, 0) N 의 분해: 10cos30°10 \cos 30° 평행, 10sin30°10 \sin 30° 법선.
  20. Ex. 28.20Application
    평형에서 단순 트러스: 3개 힘이 작용하는 절점. 장력 계산.
  21. Ex. 28.21ModelingAnswer key
    800 km/h 로 북쪽 방향 비행기, 동풍 100 km/h. 합성 속도(크기 + 각도).
  22. Ex. 28.22ModelingAnswer key
    위 비행기가 진북으로 가려면 어느 방향을 향해야 하는가?
  23. Ex. 28.23ModelingAnswer key
    경사면 20°, 질량 5 kg, 마찰 μ=0,25\mu = 0{,}25. 순 평행력?
  24. Ex. 28.24Modeling
    줄타기 곡예사, 무게 W=600W = 600 N. 줄이 수평과 5° 각을 이룰 때 줄 양쪽의 장력.
  25. Ex. 28.25Modeling
    2개 케이블이 1000 kg을 지탱하는 역V형 트러스, 각 케이블은 수직과 30°30°. 각 케이블의 장력.
  26. Ex. 28.26ModelingAnswer key
    곡선을 도는 자동차: 구심력 Fc=mac\vec F_c = m \vec a_c 는 중심을 향함. 반경 100 m 곡선에서 1.000 kg, 60 km/h: Fc=?F_c = ?
  27. Ex. 28.27Modeling
    60°, v0=100v_0 = 100 m/s 로 발사한 로켓. 벡터 궤적 r(t)\vec r(t).
  28. Ex. 28.28Modeling
    상승 추력 Fm=(0,F)\vec F_m = (0, F) 의 드론, 무게 P=(0,mg)\vec P = (0, -mg) 와 수평 바람 V=(V,0)\vec V = (V, 0) 에 대항. 합력.
  29. Ex. 28.29Modeling
    언덕을 오르는 전기차: 모터 Fm\vec F_m + 마찰 Ff\vec F_f + 평행 중력 mgsinθ-mg\sin\theta = mam\vec a.
  30. Ex. 28.30Modeling
    디지털 게임에서 발사체는 벡터 방정식을 따른다 — 업데이트 rn+1=rn+vnΔt\vec r_{n+1} = \vec r_n + \vec v_n \Delta t, vn+1=vn+aΔt\vec v_{n+1} = \vec v_n + \vec a \Delta t 를 구현하라.

이 강의의 출처

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

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