공통수학1다항식의 연산수능 기출기본 문제 (3점 중반)

구심력 공식 활용

문제

물체가 등속 원운동을 하기 위해 원의 중심방향으로 작용하는 일정한 크기의 힘을 구심력이라 한다. 질량이 mm인 물체가 반지름의 길이가 rr인 원의 궤도를 따라 vv의 속력으로 등속 원운동을 할 때 작용하는 구심력의 크기 FF는 다음과 같다.

F=mv2r\displaystyle F = m \frac{v ^{2}}{r}mm vv FF rr

물체 AA와 물체 BB는 반지름의 길이가 각각 rAr _{A}, rBr _{B}인 원의 궤도를 따라 등속 원운동을 한다. 물체 AA의 질량은 물체 BB의 질량의 33배이고, 물체 AA의 속력은 물체 BB의 속력의 12\displaystyle \frac{1}{2}배이다. 물체 AA와 물체 BB의 구심력의 크기가 같을 때, rArB\displaystyle \frac{r _{A}}{r _{B}}의 값은? [4점] 38\displaystyle \frac{3}{8}12\displaystyle \frac{1}{2}58\displaystyle \frac{5}{8}34\displaystyle \frac{3}{4}78\displaystyle \frac{7}{8}

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해설

[출제의도] 다항식의 연산을 활용한 실생활 문제 해결하기 물체 AA와 물체 BB의 질량을 각각 mAm _{A}, mBm _{B}라 하고 물체 AA와 물체 BB의 속력을 각각 vAv _{A}, vBv _{B}라 하자. 물체 AA의 질량이 물체 BB의 질량의 33배이므로 mA=3mBm _{A} = 3 m _{B}이다. 물체 AA의 속력이 물체 BB의 속력의 12\displaystyle \frac{1}{2}배이므로 vA=12vB\displaystyle v _{A} = \frac{1}{2} v _{B}이다. 물체 AA와 물체 BB의 구심력의 크기가 같으므로 mA(vA)2rA=mB(vB)2rB\displaystyle \frac{m _{A} \left( v _{A} \right) ^{2}}{r _{A}} = \frac{m _{B} \left( v _{B} \right) ^{2}}{r _{B}}이다. 3mB(12vB)2rA=mB(vB)2rB\displaystyle \frac{3 m _{B} \left( \frac{1}{2} v _{B} \right) ^{2}}{r _{A}} = \frac{m _{B} \left( v _{B} \right) ^{2}}{r _{B}}이므로 3×14rA=1rB\displaystyle \frac{3 \times \frac{1}{4}}{r _{A}} = \frac{1}{r _{B}}이다. 따라서 rArB=34\displaystyle \frac{r _{A}}{r _{B}} = \frac{3}{4}이다.

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