대수지수와 로그수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

뉴턴 냉각 법칙

문제

어떤 물체와 그것을 둘러싸고 있는 공기의 온도차의 변화를 나타내는 뉴턴의 냉각법칙은 다음과 같다. logD(t)=kt+logD0\log D ( t ) = - k t + \log D _{0} D(t)D ( t ) : tt시간 후 물체와 공기의 온도 차 D0D _{0} : 처음 상태에서 물체와 공기의 온도 차 kk : 비례상수

공기의 온도가 3535℃인 상태에서 처음 온도가 1515℃인 물체가 2525℃로 되는데 11시간이 걸렸다. 처음 온도가 1515℃이던 이 물체의 33시간이 지난 후의 온도는? (단, 공기의 온도는 일정하다.) [4점] 29.529.5303031.531.5323232.532.5

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해설

[출제 의도] 로그식을 이용하여 외적인 상황을 해결할 수 있다. D0=20(C)D _{0} = 20 ( ^\circ\mathrm{C} ) 이므로 logD(t)=kt+log20\log D ( t ) = - kt + \log 20 \cdots \text{㉠} D(1)=10(C)D ( 1 ) = 10 ( ^\circ\mathrm{C} )이므로 ㉠의 양변에 t=1t = 1을 대입하면 logD(1)=k+log20\log D ( 1 ) = - k + \log 20 즉, log10=k+log20\log 10 = - k + \log 20, k=log2k = \log 2 따라서logD(t)=(log2)×t+log20\log D ( t ) = \left( - \log 2 \right) \times t + \log 20이다 이 식의 양변에 t=3t = 3을 대입하면 logD(3)=(log2)×3+log20\begin{aligned} \log D ( 3 ) & = \left( - \log 2 \right) \times 3 + \log 20 & \end{aligned}=log208=log52\displaystyle = \log \frac{20}{8} = \log \frac{5}{2} 따라서, D(3)=52=2.5(C)\displaystyle D ( 3 ) = \frac{5}{2} = 2.5 ( ^\circ\mathrm{C} ) 그러므로 3시간 후 물체의 온도는 352.5=32.5(C)35 - 2.5 = 32.5 ( ^\circ\mathrm{C} )이다.

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