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
경찰a = 5 m/s²자동차34 m/s

일정한 34 m/s로 과속하는 자동차가 정지해 있는 경찰차를 지나간다. 그 순간 경찰차가 출발해 5 m/s²로 균일하게 가속한다. 경찰차는 출발점에서 얼마나 떨어진 곳에서 따라잡는가? d을(를) 구하시오.

vcar = 34 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.운동학어려움
t (s)v (m/s)11 s

트램이 정지 상태에서 출발해 11 s 동안 2.5 m/s²로 가속한 다음, 8 s 동안 등속으로 달리고, 마지막으로 3.5 m/s²로 제동해 멈춘다. 총 이동 시간 t을(를) 구하시오.

a1 = 2.5 m/s²t1 = 11 st2 = 8 sa3 = −3.5 m/s²
t = s
3.뉴턴 법칙보통
θ = 35°35 kgF = ?

35 kg 상자를 수평과 35°를 이루는 경사로 위로 경사로에 평행한 힘으로 일정한 속력으로 민다. 운동 마찰 계수는 0.2이다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 미는 힘 F을(를) 구하시오.

m = 35 kgθ = 35°μ = 0.2g = 9.81 m/s²
F = N
4.뉴턴 법칙어려움
θ = 35°블록v₀ = 10 m/s

블록을 밀어 35° 경사로 위로 10 m/s의 속력으로 미끄러져 올라가게 한다. 운동 마찰 계수는 0.2이다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 블록은 멈추기 전까지 경사로를 따라 얼마나 멀리 d 미끄러지는가?

v₀ = 10 m/sθ = 35°μ = 0.2g = 9.81 m/s²
d = m
5.포물선 운동보통
v0​ = 34 m/s30°수평 도달 거리H = ?

공을 평지에서 수평에서 30° 위로 던진다. 공기 저항은 무시한다. 공이 도달하는 최대 높이 H을(를) 구하시오.

v0 = 34 m/sθ = 30°g = 9.81 m/s²
H = m
6.포물선 운동어려움
3 mv0​ = 21 m/s60°x = ?

지면에서 공을 21 m/s, 수평 위 60°로 던진다. 공은 내려오는 도중에 높이 3 m인 건물의 평평한 지붕에 떨어진다. 공기 저항은 무시하고 g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 발사점에서 떨어진 곳까지의 수평 거리 x을(를) 구하시오.

v₀ = 21 m/sθ = 60°hroof = 3 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.일과 에너지보통
40°d = 9 mμ = 0.4

블록이 수평과 40°를 이루는 경사면을 정지 상태에서 미끄러져 내려간다. 운동 마찰 계수는 0.4이다. 경사면을 따라 9 m 미끄러진 뒤의 속력 v을(를) 구하시오.

θ = 40°μ = 0.4d = 9 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
8.일과 에너지어려움
h = 7 mR = 2.5 mN = ?

2 kg 수레가 반지름 2.5 m인 연직 원형 루프로 이어지는 매끄러운 트랙 위 높이 7 m에서 가만히 놓인다. 루프 꼭대기에서 트랙이 수레에 작용하는 수직항력 N을(를) 구하시오.

m = 2 kgh = 7 mR = 2.5 mg = 9.81 m/s²
N = N
9.운동량과 충돌보통
1.5 kg11 m/s0.5 kg

11 m/s로 움직이는 질량 1.5 kg인 글라이더가 마찰 없는 트랙 위에 정지해 있는 질량 0.5 kg인 글라이더와 완전 탄성 정면충돌을 한다. 충돌 후 두 번째 글라이더의 속도 v′2을(를) 구하시오.

m1 = 1.5 kgm2 = 0.5 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
10.운동량과 충돌어려움
28 m/s20 m/s

질량 0.55 kg인 공이 28 m/s로 벽에 부딪힌 뒤 20 m/s로 똑바로 튀어나온다. 접촉 시간은 25 ms이다. 벽이 공에 가한 충격량의 크기 J을(를) 구하시오.

m = 0.55 kgvin = 28 m/svout = 20 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
11.정수압보통
수문d = 2 mH = 2 m

폭 1.5 m인 연직 직사각형 수문이 물이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 2 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

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

폭 3 m인 연직 직사각형 수문이 물이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 1.5 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

d = 1.5 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
13.연속 방정식과 베르누이보통
v = ?p0​pp0​ − p = 32 kPa정체점

수도관의 피토 정압관이 정체압과 정압의 차이를 32 kPa로 나타낸다. 끝부분에서의 물의 유속 v을(를) 구하시오.

p0 − p = 32 kPaρ = 1000 kg/m³
v = m/s
14.연속 방정식과 베르누이어려움
pair​ = 150 kPav = ?d = 30 mmh = 2 m

밀폐된 물탱크의 수면 위에 계기 압력 150 kPa의 압축 공기가 있다. 물은 수면보다 2 m 아래에 있는 지름 30 mm의 구멍을 통해 대기 중으로 나간다. 손실을 무시하고 다음을 구하시오: 분류 속도 v. g = 9.81 m/s²를 쓴다.

pair = 150 kPa (게이지압)h = 2 md = 30 mmρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
v = m/s
15.이상 기체 법칙보통
CH₄ 80 gP = 100 kPaT = 100 °CV = ?

100 kPa, 100 °C에서 CH₄ 80 g이(가) 차지하는 부피 V은(는) 얼마인가? 이상 기체로 본다.

m = 80 gM = 16.04 g/molP = 100 kPaT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
16.이상 기체 법칙어려움
N₂, M = 28.01 g/molP = 200 kPaT = 170 °Cρ = ?

200 kPa, 170 °C에서 N₂의 밀도 ρ을(를) 이상 기체로 보고 구하시오.

M = 28.01 g/molP = 200 kPaT = 170 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.열기관과 냉동기보통
TH​ = 325 °CTL​ = 20 °CEQH​ = 2700 kJQL​W = ?

열기관이 325 °C의 고온 열원과 20 °C의 저온 열원 사이에서 작동한다. 이 기관은 2700 kJ의 열을 받는다. 얻을 수 있는 최대 일 Wmax을(를) 구하시오.

TH = 325 °CTL = 20 °CQH = 2700 kJ
Wmax = kJ
18.열기관과 냉동기어려움
TH​ = 850 °CT0​ = 25 °CTL​ = -25 °CERWQ̇H​ = 180 kWQ̇L​ = ?

카르노 열기관이 850 °C의 열원에서 180 kW의 열을 받고 25 °C의 주위로 열을 방출한다. 그 일은 모두 카르노 냉동기를 구동하며, 냉동기는 -25 °C의 냉동고에서 열을 제거하고 역시 25 °C의 주위로 열을 방출한다. 냉동고에서 열을 제거하는 비율 Q̇L을(를) 구하시오.

TH = 850 °CT0 = 25 °CTL = -25 °CQ̇H = 180 kW
Q̇L = kW
19.파동, 소리, 광학보통
FFdo​ = 60 cmf = 15 cm

물체가 초점 거리 15 cm인 얇은 수렴 렌즈 앞 60 cm에 서 있다. 배율 m을(를) 구하시오(거꾸로 선 상이면 음수).

do = 60 cmf = 15 cm
m =
20.파동, 소리, 광학어려움
λ = 589 nma = 0.2 mm

파장 589 nm의 빛이 폭 0.2 mm의 단일 슬릿을 통과한다. 직진 방향에 대한 3번째 어두운 무늬의 각 θ3을(를) 구하시오.

λ = 589 nma = 0.2 mmm = 3
θ3 = °

3용액

1.운동학

답: d = 462.4 m

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.

같은 거리

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·34/5 = 13.6 s

거리

d = v·t = 34·13.6 = 462.4 m

답

d = 462.4 m

그 순간 경찰차는 2v = 68 m/s로 움직입니다.

2.운동학

답: t = 26.86 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.

최고 속력

v = a1·t1 = 2.5·11 = 27.5 m/s

제동 시간

t3 = v/a3 = 27.5/3.5 = 7.857 s

총 시간

t = 11 + 8 + 7.857 = 26.86 s

답

t = 26.86 s
3.뉴턴 법칙

답: F = 253.2 N

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.

경사면 방향의 힘

일정한 속력: 힘이 평형을 이룹니다.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

미는 힘

F = 196.9 + 56.25 = 253.2 N

답

F = 253.2 N
4.뉴턴 법칙

답: d = 6.912 m

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

두 힘 모두 경사면 아래를 향하며, 질량은 약분됩니다.

a = 9.81·(sin 35° + 0.2·cos 35°) = 7.234 m/s²

거리

d = v₀²/(2a) = 10²/(2·7.234) = 6.912 m

답

d = 6.912 m
5.포물선 운동

답: H = 14.73 m

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 = 34·cos 30° = 29.44 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 30° = 17 m/s

최고점

최고점에서 연직 속도는 0입니다: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 17²/(2·9.81) = 14.73 m

답

H = 14.73 m
6.포물선 운동

답: x = 37.11 m

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.

초기 속도 분해

vx = 10.5 m/s, vy = 18.19 m/s

지붕에 떨어지는 시간

큰 근: 공이 내려오는 중입니다.

3 = 18.19·t − 4.905·t²
t = (18.19 + √(18.19² − 2·9.81·3))/9.81 = 3.535 s

수평 거리

x = vx·t = 10.5·3.535 = 37.11 m

답

x = 37.11 m
7.일과 에너지

답: v = 7.707 m/s

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).

경사면을 따른 에너지 수지

블록이 높이 d·sin θ만큼 내려가는 동안 마찰이 μmg·cos θ·d를 빼앗습니다. 질량이 소거됩니다.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9.81·9·(0.6428 − 0.4·0.766)) = 7.707 m/s

답

v = 7.707 m/s
8.일과 에너지

답: N = 11.77 N

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). 원 궤도에서는 중심을 향한 알짜힘이 mv²/r과 같아야 합니다.

꼭대기에서의 속력

v² = 2g(h − 2R) = 2·9.81·(7 − 5) = 39.24 m²/s²

꼭대기에서의 힘

m·g = 2·9.81 = 19.62 N
N = mv²/R − mg = 2·39.24/2.5 − 19.62 = 11.77 N

답

N = 11.77 N

h = 2.5R이면 수레가 겨우 루프를 돌며, 이때 꼭대기에서 N = 0입니다.

9.운동량과 충돌

답: v′2 = 16.5 m/s

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.

정지한 표적과의 탄성 충돌

운동량 보존과 에너지 보존을 연립해 풀면 이 두 결과가 나옵니다.

v′1 = (1.5 − 0.5)/(1.5 + 0.5)·11 = 5.5 m/s
v′2 = 2·1.5/(1.5 + 0.5)·11 = 16.5 m/s

답

v′2 = 16.5 m/s
10.운동량과 충돌

답: J = 26.4 N·s

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 = 0.55·(20 + 28) = 26.4 N·s

답

J = 26.4 N·s
11.정수압

답: F = 88.29 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 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·1.5 = 3 m²
수문d = 2 mH = 2 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3·3 = 88.29 kN

답

F = 88.29 kN
12.정수압

답: F = 264.9 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 = 1.5 + 3/2 = 3 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
수문d = 1.5 mH = 3 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3·9 = 264.9 kN

답

F = 264.9 kN
13.연속 방정식과 베르누이

답: v = 8 m/s

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.

정체점까지의 베르누이 식

유동이 끝부분에서 정지하므로 운동 에너지가 추가 압력으로 나타납니다.

p0 − p = ½ρv²
v = √(2·32000/1000) = 8 m/s

답

v = 8 m/s
14.연속 방정식과 베르누이

답: v = 18.42 m/s

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.

수면에서 분류까지의 베르누이 식

v = √(2·(150000/1000 + 9.81·2)) = 18.42 m/s

답

v = 18.42 m/s
15.이상 기체 법칙

답: V = 154.7 L

이상 기체 법칙: PV = nRT, n = m/M.

몰수

n = 80/16.04 = 4.988 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K

부피

V = nRT/P = 4.988·8.314·373.1/100 = 154.7 L

답

V = 154.7 L
16.이상 기체 법칙

답: ρ = 1.52 kg/m³

이상 기체의 밀도: ρ = PM/(RT).

기체 법칙 정리

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 170 + 273.15 = 443.1 K

밀도

ρ = 200·28.01/(8.314·443.1) = 1.52 kg/m³

답

ρ = 1.52 kg/m³
17.열기관과 냉동기

답: Wmax = 1377 kJ

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 = 325 + 273.15 = 598.1 K
TL = 20 + 273.15 = 293.1 K

카르노 효율

ηmax = 1 − TL/TH = 1 − 293.1/598.1 = 50.99 %

최대 일

Wmax = ηmax·QH = 0.5099·2700 = 1377 kJ

답

Wmax = 1377 kJ
18.열기관과 냉동기

답: Q̇L = 656.2 kW

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 = 850 + 273.15 = 1123 K
T0 = 25 + 273.15 = 298.1 K
TL = -25 + 273.15 = 248.1 K

기관의 일

η = 1 − 298.1/1123 = 0.7345
Ẇ = 0.7345·180 = 132.2 kW

냉동기가 제거한 열

COPR = 248.1/(298.1 − 248.1) = 4.963
Q̇L = 4.963·132.2 = 656.2 kW

답

Q̇L = 656.2 kW
19.파동, 소리, 광학

답: m = −0.3333

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 = 1/15 − 1/60
di = 20 cm
FF60 cmf = 15 cm

배율

m = −di/do = −20/60 = −0.3333

답

m = −0.3333
20.파동, 소리, 광학

답: θ3 = 0.5062 °

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.

어두운 무늬의 조건

sin θ = mλ/a = 0.008835
θ = 0.5062°

답

θ3 = 0.5062°

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