공학물리: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 20개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

운동학

속도
v = v0 + a·t
변위
s = v0·t + ½·a·t²
시간 없이
v² = v0² + 2·a·s
단위
1 m/s = 3.6 km/h

방법

  1. 아는 값을 단위와 함께 적으세요: v₀, v, a, t, s.
  2. 아는 세 값과 미지수를 포함하는 식을 고르세요.
  3. 양의 방향을 하나 정하고 반대 방향의 양에는 음의 부호를 붙이세요.
  4. 풀고 나서 답이 물리적으로 타당한지 확인하세요.

뉴턴 법칙

뉴턴 제2법칙
ΣF = m·a
무게
W = m·g
운동 마찰
Ff = μ·N
경사면에서
경사면 방향: m·g·sin θ, 수직 방향: m·g·cos θ

방법

  1. 물체에 작용하는 모든 힘을 넣어 자유물체도를 그리세요.
  2. 운동 방향을 따라 양의 방향을 정하세요.
  3. 힘을 운동 방향과 그 수직 방향 성분으로 나누세요(빗면에서는 빗면을 따라 m·g·sin θ, 빗면 안쪽으로 m·g·cos θ).
  4. 운동 방향으로 ΣF = m·a를 적용하세요. 마찰력은 운동 반대 방향으로 μ·N입니다.

포물선 운동

성분
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
위치
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
최고 높이
H = h + vy²/(2g)
수평 도달 거리 (평지)
R = v0²·sin 2θ/g

방법

  1. 발사 속도를 성분으로 나누세요: vx = v₀·cos θ, vy = v₀·sin θ.
  2. 수평 운동은 등속이고, 연직 운동의 가속도는 −g입니다.
  3. 연직 운동에서 비행 시간을 구하세요.
  4. 그 시간을 수평 운동에 넣어 수평 도달 거리를 구하세요.

일과 에너지

운동 에너지
Ek = ½mv²
위치 에너지
Ep = mgh
에너지 수지
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
마찰력이 한 일
W = μ·N·d
전력
P = W/t

운동량과 충돌

운동량
p = m·v
보존
Σm·v (before) = Σm·v (after)
완전 비탄성
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
충격량
J = F·Δt = m·Δv

방법

  1. 양의 방향을 정하고 각 속도에 부호를 붙이세요.
  2. 충돌 전 전체 운동량을 쓰세요: Σm·v.
  3. 완전 비탄성 충돌에서는 충돌 후 물체들이 함께 움직이고, 탄성 충돌에서는 운동 에너지도 보존됩니다.
  4. 충돌 전 운동량과 충돌 후 운동량을 같게 놓고 푸세요.

정수압

깊이에 따른 압력
p = ρgh
수직 벽에 작용하는 힘
F = ρg·hc·A
압력 중심
yp = yc + Ic/(ycA)
직사각형
Ic = bH³/12

연속 방정식과 베르누이

연속 방정식
A1v1 = A2v2
베르누이 방정식
p1 + ½ρv1² + ρgz1 = p2 + ½ρv2² + ρgz2
유량
Q = A·v
원의 넓이
A = πd²/4

이상 기체 법칙

이상 기체 법칙
pV = nRT
기체 상수
R = 8.314 J/(mol·K)
보일-샤를 법칙
p1V1/T1 = p2V2/T2
몰수
n = m/M
온도
T[K] = T[°C] + 273.15

열기관과 냉동기

효율
η = W/QH = 1 − QC/QH
카르노 효율
ηC = 1 − TC/TH (kelvin)
냉동기 COP
COPR = QC/W
열펌프 COP
COPHP = QH/W = COPR + 1
에너지 수지
QH = W + QC

파동, 소리, 광학

파동의 속력
v = fλ, T = 1/f
줄
v = √(T/μ), μ = m/L
음의 세기 수준
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
점음원
I = P/(4πr²)
정상파
줄 또는 열린 관 fn = n·v/(2L); 닫힌 관 fn = n·v/(4L), n은 홀수
도플러 효과
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
굴절률
n = c/v, λ = λ0/n
스넬의 법칙
n1sin θ1 = n2sin θ2
임계각
sin θc = n2/n1
광섬유
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
렌즈와 거울
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
이중 슬릿
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
회절 격자
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
단일 슬릿
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

방법

  1. 문제의 종류를 파악하세요: 파동의 속력, 음의 세기 수준, 정상파, 도플러, 굴절, 렌즈나 거울, 또는 간섭.
  2. 관계식을 먼저 쓰세요: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) 또는 n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
  3. 단위를 바꾸세요: nm, mm, cm를 m로. 그리고 각이 법선에서 재어진 것인지 확인하세요.
  4. 부호와 타당성을 확인하세요: 허상은 dᵢ < 0이고, 다가오는 음원은 더 높게 들리며, 닫힌 관에는 홀수 배진동만 있습니다.

2연습 문제

1.운동학보통
t (s)v (m/s)t = ?25

90 km/h로 달리던 자동차가 6 m/s²의 일정한 감속도로 제동하여 멈춘다. 제동하는 데 걸리는 시간 t을(를) 구하시오.

v₀ = 90 km/ha = −6 m/s²v = 0
t = s
2.운동학어려움
AB: 30 m/s60 m

공 A를 높이 60 m에서 가만히 떨어뜨린다. 같은 순간 바로 아래 지면에서 공 B를 30 m/s로 똑바로 위로 던진다. 공기 저항은 무시하고 g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 두 공은 언제 만나는가? t을(를) 구하시오.

H = 60 mv0B = 30 m/sg = 9.81 m/s²
t = s
3.뉴턴 법칙보통
상자v₀ = 9.5 m/sμ = ?

상자가 처음 속력 9.5 m/s로 평평한 바닥을 미끄러지다가 15 m 후에 멈춘다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 운동 마찰 계수 μ을(를) 구하시오.

v₀ = 9.5 m/sd = 15 mg = 9.81 m/s²
μ =
4.뉴턴 법칙어려움
m1​ = 3 kg10 kgθ = 20°

20° 경사로 위의 3 kg 블록이 경사로 꼭대기의 마찰 없는 도르래를 지나는 가벼운 줄로 매달린 10 kg 질량과 연결되어 있다. 매달린 질량은 아래로 움직인다. 블록과 경사로 사이의 운동 마찰 계수는 0.25이다. g = 9.81 m/s²를 쓴다. 계의 가속도 a을(를) 구하시오.

m1 = 3 kgm2 = 10 kgθ = 20°μ = 0.25g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.포물선 운동보통
v0​ = ?30°R = 60 m

평지에서 공을 수평 위 30°로 발사하자 60 m 떨어진 곳에 떨어진다. 공기 저항은 무시하고 g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 발사 속력 v0을(를) 구하시오.

θ = 30°R = 60 mg = 9.81 m/s²
v0 = m/s
6.포물선 운동어려움
h = 45 mv0​ = 11 m/s55°수평 도달 거리

공을 높이 45 m인 절벽 위에서 수평에서 55° 위로 던진다. 공기 저항은 무시한다. 공이 땅에 닿을 때까지의 비행 시간 t을(를) 구하시오.

v0 = 11 m/sθ = 55°h = 45 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.일과 에너지보통
20°d = 19 mμ = 0.25

질량 0.5 kg인 블록이 수평과 20°를 이루는 경사면을 19 m 미끄러져 내려가며, 운동 마찰 계수는 0.25이다. 마찰에 대해 한 일 Wf을(를) 구하시오.

m = 0.5 kgθ = 20°μ = 0.25d = 19 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
8.일과 에너지어려움
k = 3000 N/m20°μ = 0.11 kg

20° 경사면 아래에 있는 강성 3000 N/m인 스프링을 1 kg 블록으로 20 cm 압축했다가 놓는다. 블록과 경사면 사이의 운동 마찰 계수는 0.1이다. 블록은 놓은 점에서 경사면을 따라 얼마나 멀리 d 올라간 뒤 멈추는가? (스프링이 미는 짧은 거리는 무시하고, 마찰과 중력은 전체 거리 d에 걸쳐 작용한다고 하시오.)

m = 1 kgk = 3000 N/mx = 20 cmθ = 20°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
d = m
9.운동량과 충돌보통
1 kg93 m/s6 kgv′2​ = ?

수평으로 40 m/s로 움직이던 7 kg 발사체가 폭발해 같은 직선을 따라 움직이는 두 파편으로 나뉜다. 1 kg 파편은 93 m/s로 앞으로 계속 움직인다. 6 kg 파편의 속도 v′2(원래 방향을 양으로)을(를) 구하시오.

M = 7 kgu = 40 m/sm1 = 1 kgv′1 = 93 m/sm2 = 6 kg
v′2 = m/s
10.운동량과 충돌어려움
29 m/s10 m/s

질량 0.3 kg인 공이 29 m/s로 벽에 부딪힌 뒤 10 m/s로 똑바로 튀어나온다. 접촉 시간은 25 ms이다. 벽이 공에 작용한 평균 힘 Favg을(를) 구하시오.

m = 0.3 kgvin = 29 m/svout = 10 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
11.정수압보통
수문d = 3 mH = 2.5 m

폭 2 m인 연직 직사각형 수문이 물이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 3 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

d = 3 mH = 2.5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
12.정수압어려움
수문d = 2.5 mH = 1.5 m

폭 1 m인 연직 직사각형 수문이 기름이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 2.5 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

d = 2.5 mH = 1.5 mb = 1 mρ = 880 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
13.연속 방정식과 베르누이보통
12d1​ = 100 mm, p1​ = ?d2​ = 75 mm, p2​ = 270 kPa

물이 25 L/s로 100 mm에서 75 mm로 좁아지는 수평관을 흐른다. 좁은 구간의 압력은 270 kPa이다. 손실을 무시하고 넓은 구간의 압력 p1을(를) 구하시오.

Q = 25 L/sd1 = 100 mmd2 = 75 mmp2 = 270 kPaρ = 1000 kg/m³
p1 = kPa
14.연속 방정식과 베르누이어려움
12d1​ = 100 mm, p1​ = 220 kPad2​ = 75 mm, p2​ = ?Δz = 8 m

물이 100 mm에서 75 mm(으)로 좁아지며 8 m 올라가는 관을 따라 위로 흐른다. 단면 1의 압력은 220 kPa, 유속은 0.75 m/s이다. 손실을 무시하고 단면 2의 압력 p2을(를) 구하시오.

d1 = 100 mmd2 = 75 mmp1 = 220 kPav1 = 0.75 m/sΔz = 8 mρ = 1000 kg/m³
p2 = kPa
15.이상 기체 법칙보통
CH₄ 180 gV = 10 LT = 30 °CP = ?

부피 10 L인 탱크에 30 °C의 CH₄ 180 g이(가) 들어 있다. 이상 기체로 보고 압력 P을(를) 구하시오.

m = 180 gM = 16.04 g/molV = 10 LT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
16.이상 기체 법칙어려움
상태 1상태 2

일정량의 N₂이(가) 250 kPa, 2 L, 30 °C에서 150 kPa, 70 °C(으)로 변한다. 새 부피 V2을(를) 구하시오.

P1 = 250 kPaV1 = 2 LT1 = 30 °CP2 = 150 kPaT2 = 70 °C
V2 = L
17.열기관과 냉동기보통
TH​ = 450 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

열기관이 450 °C의 고온 열원과 40 °C의 저온 열원 사이에서 작동한다. 가능한 최대 열효율 ηmax을(를) 구하시오.

TH = 450 °CTL = 40 °C
ηmax = %
18.열기관과 냉동기어려움
950 °CTm​ = ?20 °CABWA​WB​

두 카르노 기관이 직렬로 작동한다. 기관 A는 950 °C의 열저장소에서 열을 받아 온도 Tm의 중간 열저장소로 열을 방출한다. 기관 B는 그 열을 모두 받아 20 °C의 열저장소로 열을 방출한다. 두 기관의 열효율이 같다. Tm을(를) °C로 구하시오.

TH = 950 °CTL = 20 °C
Tm = °C
19.파동, 소리, 광학보통
FFdo​ = 6 cmf = 12 cm

물체가 초점 거리 12 cm인 얇은 수렴 렌즈 앞 6 cm에 서 있다. 배율 m을(를) 구하시오(거꾸로 선 상이면 음수).

do = 6 cmf = 12 cm
m =
20.파동, 소리, 광학어려움
λ = 532 nmd = 0.1 mmL = 2 my = ?

파장 532 nm의 빛이 0.1 mm 떨어진 두 슬릿에 입사한다. 스크린은 2 m 떨어져 있다. 중앙 밝은 무늬에서 2번째 밝은 무늬까지의 거리 y2을(를) 구하시오.

λ = 532 nmd = 0.1 mmL = 2 mm = 2
y2 = mm

3용액

1.운동학

답: t = 4.167 s

등가속도 운동: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t², v² = v₀² + 2·a·s. 아는 세 양과 구하려는 양이 들어 있는 식을 고르고, 양의 방향을 하나 정해 부호를 일관되게 쓰세요.

단위

v₀ = 90/3.6 = 25 m/s

제동 시간

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 25/6 = 4.167 s

답

t = 4.167 s
2.운동학

답: t = 2 s

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

만나는 시간

위쪽을 양으로 하고, 지면은 y = 0입니다.

60 − ½g·t² = 30·t − ½g·t² → t = 60/30 = 2 s

답

t = 2 s
3.뉴턴 법칙

답: μ = 0.3067

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

감속도

a = v₀²/(2d) = 9.5²/(2·15) = 3.008 m/s²

마찰 계수

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 3.008/9.81 = 0.3067

답

μ = 0.3067
4.뉴턴 법칙

답: a = 6.24 m/s²

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

줄 방향의 힘

m₂·g = 98.1 N
m₁·g·sin θ = 10.07 N
μ·m₁·g·cos θ = 6.914 N

계의 가속도

a = (98.1 − 10.07 − 6.914)/13 = 6.24 m/s²

답

a = 6.24 m/s²
5.포물선 운동

답: v0 = 26.07 m/s

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

수평 도달 거리 공식을 v₀에 대해 풀기

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9.81·60/sin 60°) = 26.07 m/s

답

v0 = 26.07 m/s
6.포물선 운동

답: t = 4.084 s

포물선 운동: 공기 저항이 없으면 x = vxt, y = h + vyt − ½gt². 두 방향은 독립이며 같은 시간만 공유합니다.

초기 속도 분해

수평 속도는 일정하고, 연직 운동은 아래쪽으로 일정한 가속도 g = 9.81 m/s²을(를) 가집니다.

vx = v0·cos θ = 11·cos 55° = 6.309 m/s
vy = v0·sin θ = 11·sin 55° = 9.011 m/s

체공 시간

y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0을 풀어 양의 근을 택합니다.

0 = 45 + 9.011·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9.011 + √(81.19 + 882.9))/9.81 = 4.084 s

답

t = 4.084 s
7.일과 에너지

답: Wf = 21.89 J

일-에너지 원리: 운동 에너지의 변화는 모든 힘이 한 일과 같습니다. 중력과 스프링을 위치 에너지(mgh와 ½kx²)로 쓰면 수지가 됩니다: 처음 에너지 = 나중 에너지 + 마찰로 잃은 에너지 (μN·d).

마찰력

N = mg·cos θ = 4.905·0.9397 = 4.609 N
F = μN = 0.25·4.609 = 1.152 N

마찰에 대한 일

Wf = F·d = 1.152·19 = 21.89 J

답

Wf = 21.89 J
8.일과 에너지

답: d = 14.03 m

일-에너지 원리: 운동 에너지의 변화는 모든 힘이 한 일과 같습니다. 중력과 스프링을 위치 에너지(mgh와 ½kx²)로 쓰면 수지가 됩니다: 처음 에너지 = 나중 에너지 + 마찰로 잃은 에너지 (μN·d).

스프링 에너지

x = 20 cm = 0.2 m
½kx² = ½·3000·0.2² = 60 J

경사면을 따른 에너지 수지

m·g = 1·9.81 = 9.81 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 60/(9.81·(0.342 + 0.1·0.9397)) = 14.03 m

답

d = 14.03 m
9.운동량과 충돌

답: v′2 = 31.17 m/s

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

충돌 전 운동량

p = M·u = 7·40 = 280 kg·m/s

충돌 후 운동량

280 = 1·93 + 6·v′2
v′2 = (280 − 93)/6 = 31.17 m/s

답

v′2 = 31.17 m/s
10.운동량과 충돌

답: Favg = 468 N

운동량 보존: 충돌하는 동안 외력이 작용하지 않으면 충돌 전 전체 운동량 Σm·v는 충돌 후와 같습니다. 속도에는 방향이 있으므로 양의 방향을 정하고 반대 방향 속도에는 음의 부호를 붙이세요. 탄성 충돌에서는 운동 에너지도 보존되고, 완전 비탄성 충돌에서는 두 물체가 한 덩어리가 됩니다.

운동량 변화

J = m·Δv = 0.3·(10 + 29) = 11.7 N·s

평균 힘

Favg = J/Δt = 11.7/0.025 = 468 N

답

Favg = 468 N
11.정수압

답: F = 208.5 kN

평면에 작용하는 정수압: F = ρ·g·yc·A. 이 힘은 압력 중심 ycp = yc + Ic/(ycA)에 작용하며, 이는 항상 도심 아래에 있습니다.

도심 깊이와 면적

yc = d + H/2 = 3 + 2.5/2 = 4.25 m
A = H·b = 2.5·2 = 5 m²
수문d = 3 mH = 2.5 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·4.25·5 = 208.5 kN

답

F = 208.5 kN
12.정수압

답: F = 42.08 kN

평면에 작용하는 정수압: F = ρ·g·yc·A. 이 힘은 압력 중심 ycp = yc + Ic/(ycA)에 작용하며, 이는 항상 도심 아래에 있습니다.

도심 깊이와 면적

yc = d + H/2 = 2.5 + 1.5/2 = 3.25 m
A = H·b = 1.5·1 = 1.5 m²
수문d = 2.5 mH = 1.5 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 880·9.81·3.25·1.5 = 42.08 kN

답

F = 42.08 kN
13.연속 방정식과 베르누이

답: p1 = 280.9 kPa

Continuity and Bernoulli: for an incompressible fluid the flow rate is the same at every section, Q = A₁v₁ = A₂v₂. Along a streamline without losses, p + ½ρv² + ρgz is constant, so where the fluid is faster or higher its pressure is lower.

유속

v1 = Q/A1 = 0.025/0.007854 = 3.183 m/s
v2 = Q/A2 = 0.025/0.004418 = 5.659 m/s

베르누이 방정식

p1 = p2 + ½ρ(v2² − v1²) = 270 + ½·1000·(5.659² − 3.183²)/1000 = 270 + 10.95 = 280.9 kPa

답

p1 = 280.9 kPa
14.연속 방정식과 베르누이

답: p2 = 140.9 kPa

연속 방정식과 베르누이: 비압축성 유체는 모든 단면에서 유량이 같습니다: Q = A₁v₁ = A₂v₂. 손실 없는 유선을 따라 p + ½ρv² + ρgz는 일정하므로, 유체가 빠르거나 높은 곳일수록 압력이 낮습니다.

연속 방정식과 베르누이

Pa로 계산한 뒤 1000으로 나눠 kPa를 얻습니다.

v2 = v1·(d1/d2)² = 0.75·(100/75)² = 1.333 m/s
½ρ(v1² − v2²) = ½·1000·(0.75² − 1.333²)/1000 = −0.6076 kPa
ρgΔz = 1000·9.81·8/1000 = 78.48 kPa
p2 = p1 + ½ρ(v1² − v2²) − ρgΔz = 220 + (−0.6076) − 78.48 = 140.9 kPa

답

p2 = 140.9 kPa
15.이상 기체 법칙

답: P = 2828 kPa

이상 기체 법칙: PV = nRT, n = m/M.

몰수

n = m/M = 180/16.04 = 11.22 mol
T = 30 + 273.15 = 303.1 K

압력

P = nRT/V = 11.22·8.314·303.1/0.01 = 2828 kPa

답

P = 2828 kPa
16.이상 기체 법칙

답: V2 = 3.773 L

보일-샤를 법칙: 일정량의 이상 기체에서 P1V1/T1 = P2V2/T2.

절대 온도

T1 = 303.1 K, T2 = 343.1 K

보일-샤를 법칙

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(250/150)·(343.1/303.1) = 3.773 L

답

V2 = 3.773 L
17.열기관과 냉동기

답: ηmax = 56.7 %

제2법칙의 한계: 절대 온도 TH와 TL인 열원 사이에서 작동하는 어떤 사이클도 가역(카르노) 사이클을 넘을 수 없습니다: ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL), COPHP,max = TH/(TH − TL). 에너지는 항상 보존됩니다: QH = W + QL.

절대 온도

TH = 450 + 273.15 = 723.1 K
TL = 40 + 273.15 = 313.1 K

카르노 효율

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 313.1/723.1 = 56.7 %

답

ηmax = 56.7 %
18.열기관과 냉동기

답: Tm = 325.7 °C

Second-law limits: no cycle working between reservoirs at absolute temperatures TH and TL can beat the reversible (Carnot) cycle: ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) and COPHP,max = TH/(TH − TL). Energy is always conserved: QH = W + QL.

절대 온도

TH = 950 + 273.15 = 1223 K
TL = 20 + 273.15 = 293.1 K

같은 효율

1 − Tm/TH = 1 − TL/Tm에서 Tm² = TH·TL.

Tm = √(1223·293.1) = 598.8 K = 325.7 °C

답

Tm = 325.7 °C
19.파동, 소리, 광학

답: m = 2

기하 광학: 경계에서 n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂(스넬의 법칙)이며, 각은 법선에서 재고 n = c/v입니다. 더 느린 매질로 들어가면 광선은 법선 쪽으로 굽습니다. 밀한 매질(n₁ > n₂)에서 임계각 θc = arcsin(n₂/n₁)을 넘으면 모든 빛이 반사됩니다: 전반사. 얇은 렌즈와 구면 거울은 1/f = 1/do + 1/di를 따르며 배율은 m = −di/do입니다. 부호 규약: 볼록 렌즈와 오목 거울은 f > 0(f = R/2), 오목 렌즈와 볼록 거울은 f < 0이고, 실상은 di > 0, 허상은 di < 0이며, 거꾸로 선 상은 m < 0입니다.

얇은 렌즈 공식

1/di = 1/f − 1/do = 1/12 − 1/6
di = −12 cm
FF6 cmf = 12 cm

배율

m = −di/do = −(−12)/6 = 2

답

m = 2
20.파동, 소리, 광학

답: y2 = 21.28 mm

간섭과 회절: 거리 d만큼 떨어진 두 슬릿을 지난 빛은 경로차 d·sin θ를 가지고 스크린의 한 점에 도달합니다. 밝은 무늬는 d·sin θ = mλ(m = 0, ±1, ±2, …)인 곳에 나타납니다. 스크린까지의 거리 L ≫ d이면 m번째 밝은 무늬는 y = mλL/d에 있고 무늬 간격은 Δy = λL/d입니다. 1 mm당 N개의 선이 있는 격자는 d = 1/N이고 d·sin θ = mλ에서 날카로운 극대를 만듭니다. sin θ ≤ 1이므로 가장 높은 차수는 m ≤ d/λ를 만족하는 가장 큰 정수입니다. 폭 a의 단일 슬릿은 a·sin θ = mλ (m = ±1, ±2, …)에서 어두운 무늬를 만듭니다.

무늬 간격

Δy = λL/d = 532 × 10⁻⁹·2/(0.1 × 10⁻³) = 10.64 mm

2번째 무늬

y2 = 2·10.64 = 21.28 mm

답

y2 = 21.28 mm

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