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
a = 3.75 m/s²s = 1600 m

비행기가 정지 상태에서 출발해 활주로를 따라 3.75 m/s²로 균일하게 가속한다. 1600 m 후의 속력 v을(를) 구하시오.

v₀ = 0a = 3.75 m/s²s = 1600 m
v = m/s
2.운동학어려움
t (s)v (m/s)4 s

트램이 정지 상태에서 출발해 4 s 동안 1.5 m/s²로 가속한 다음, 6 s 동안 등속으로 달리고, 마지막으로 4.5 m/s²로 제동해 멈춘다. 총 이동 시간 t을(를) 구하시오.

a1 = 1.5 m/s²t1 = 4 st2 = 6 sa3 = −4.5 m/s²
t = s
3.뉴턴 법칙보통
5.5 kg2 kg

5.5 kg과 2 kg인 질량이 가볍고 마찰 없는 도르래 양쪽에 가벼운 줄로 연결되어 매달려 있다. 계를 정지 상태에서 놓는다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 줄의 장력 T을(를) 구하시오.

m1 = 5.5 kgm2 = 2 kgg = 9.81 m/s²
T = N
4.뉴턴 법칙어려움
θ = 15°블록v₀ = 11 m/s

블록을 밀어 15° 경사로 위로 11 m/s의 속력으로 미끄러져 올라가게 한다. 운동 마찰 계수는 0.3이다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 블록은 멈추기 전까지 경사로를 따라 얼마나 멀리 d 미끄러지는가?

v₀ = 11 m/sθ = 15°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
d = m
5.포물선 운동보통
15 my = ?v0​ = 14 m/s35°

평지에서 공을 14 m/s, 수평 위 35°로 15 m 떨어진 벽을 향해 찬다. 공기 저항은 무시하고 g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 공은 벽을 몇 m 높이 y에서 지나는가?

v₀ = 14 m/sθ = 35°x = 15 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.포물선 운동어려움
h = 50 mv0​ = 32 m/s50°H = ?

50 m 절벽 꼭대기에서 공을 32 m/s, 수평 위 50°로 발사한다. 공기 저항은 무시하고 g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 절벽 밑 지면으로부터의 최고 높이 H을(를) 구하시오.

v₀ = 32 m/sθ = 50°h = 50 mg = 9.81 m/s²
H = m
7.일과 에너지보통
54 km/h4°1800 kg

1800 kg 자동차가 4° 경사로를 일정한 54 km/h로 올라간다. 공기 저항과 구름 저항을 합하면 400 N이다. 바퀴가 내야 하는 동력 P을(를) kW 단위로 구하시오.

m = 1800 kgθ = 4°Fr = 400 Nv = 54 km/hg = 9.81 m/s²
P = kW
8.일과 에너지어려움
F = 70 N15°μ = 0.110 kg

10 kg 블록이 15° 경사면의 아래에서 정지 상태로 출발해, 경사면에 평행한 일정한 힘 70 N에 의해 위로 끌려 올라간다. 운동 마찰 계수는 0.1이다. 블록이 경사면을 따라 4 m 올라간 뒤의 속력 v을(를) 구하시오.

m = 10 kgF = 70 Nθ = 15°μ = 0.1d = 4 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
9.운동량과 충돌보통
1500 kg23 m/s500 kg

23 m/s로 움직이는 1500 kg 자동차가 정지해 있는 500 kg 자동차와 충돌해 두 차가 한 덩어리가 된다. 충돌에서 잃은 운동 에너지 ΔK은(는) 얼마인가?

m1 = 1500 kgv1 = 23 m/sm2 = 500 kgv2 = 0
ΔK = J
10.운동량과 충돌어려움
3.5 kgv = ?5 g35°L = 0.8 m

5 g 총알을 길이 0.8 m의 가벼운 줄에 매달린 3.5 kg 블록에 수평으로 쏘아 박히게 한다. 줄은 연직에서 최대 35°까지 흔들려 나간다. g = 9.81 m/s²를 사용하시오. 충돌 전 총알의 속력 v을(를) 구하시오.

m = 5 gM = 3.5 kgL = 0.8 mθ = 35°g = 9.81 m/s²
v = m/s
11.정수압보통
수문d = 1 mH = 1.5 m

폭 2 m인 연직 직사각형 수문이 물이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 1 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

d = 1 mH = 1.5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
12.정수압어려움
수문d = 2.5 mH = 2 m

폭 3 m인 연직 직사각형 수문이 바닷물이(가) 담긴 탱크 벽에 있고, 위쪽 가장자리는 수면 아래 2.5 m에 있다. 수문에 작용하는 정수압 합력 F을(를) 구하시오.

d = 2.5 mH = 2 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
13.연속 방정식과 베르누이보통
12d1​ = 200 mm, p1​ = ?d2​ = 100 mm, p2​ = 130 kPa

물이 39 L/s로 200 mm에서 100 mm로 좁아지는 수평관을 흐른다. 좁은 구간의 압력은 130 kPa이다. 손실을 무시하고 넓은 구간의 압력 p1을(를) 구하시오.

Q = 39 L/sd1 = 200 mmd2 = 100 mmp2 = 130 kPaρ = 1000 kg/m³
p1 = kPa
14.연속 방정식과 베르누이어려움
d1​ = 80 mmd2​ = 40 mm12Δh = 60 mm수은Q = ?

수평 벤투리미터(입구 80 mm, 목 40 mm)에 물이 흐른다. 입구와 목 사이에 연결된 수은 U자관 마노미터의 액면 차는 60 mm이다. 유량 계수는 0.96이다. 유량 Q을(를) 구하시오. 물은 ρ = 1000 kg/m³, 수은은 13 600 kg/m³, g = 9.81 m/s²를 사용하시오.

d1 = 80 mmd2 = 40 mmΔh = 60 mmCd = 0.96ρHg = 13 600 kg/m³g = 9.81 m/s²
Q = L/s
15.이상 기체 법칙보통
N₂ 50 gV = 30 LT = 50 °CP = ?

부피 30 L인 탱크에 50 °C의 N₂ 50 g이(가) 들어 있다. 이상 기체로 보고 압력 P을(를) 구하시오.

m = 50 gM = 28.01 g/molV = 30 LT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
16.이상 기체 법칙어려움
Ar, M = 39.95 g/molP = 550 kPaT = 140 °Cρ = ?

550 kPa, 140 °C에서 Ar의 밀도 ρ을(를) 이상 기체로 보고 구하시오.

M = 39.95 g/molP = 550 kPaT = 140 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
17.열기관과 냉동기보통
TH​ = 750 °CTL​ = 15 °CEQH​QL​η = 29%

열기관이 750 °C의 열원에서 열을 받고 15 °C의 주위로 열을 방출한다. 실제 열효율은 29%이다. 실제 효율과 카르노 효율의 비인 제2법칙 효율 ηII을(를) 구하시오.

TH = 750 °CTL = 15 °Cη = 29%
ηII = %
18.열기관과 냉동기어려움
TH​ = 35 °CTL​ = 0 °CHPQ̇H​ = 4 kWQ̇L​Ẇ = ?

열펌프가 0 °C의 열원에서 열을 흡수해 35 °C의 난방 시스템에 4 kW의 열을 공급한다. 실제 COP는 이 두 온도 사이의 카르노 COP의 35%이다. 소비하는 전력 Ẇ을(를) 구하시오.

TH = 35 °CTL = 0 °CηII = 35%Q̇H = 4 kW
Ẇ = kW
19.파동, 소리, 광학보통
FFdo​ = 10 cmf = −10 cm

물체가 초점 거리 10 cm인 얇은 발산 렌즈 앞 10 cm에 서 있다. 상거리 di을(를) 구하시오. 부호 규약 1/f = 1/do + 1/di를 쓴다(오목 렌즈는 f < 0, 허상은 di < 0).

do = 10 cmf = −10 cm
di = cm
20.파동, 소리, 광학어려움
λ = ?32.1°

1 mm당 500개의 선이 있는 격자에서 스펙트럼선의 2차 극대가 직진 방향에서 32.1°에 나타난다. 그 선의 파장 λ을(를) 구하시오.

N = 500 mm⁻¹θ2 = 32.1°m = 2
λ = nm

3용액

1.운동학

답: v = 109.5 m/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.

그 거리 후의 속력

v = √(2·a·s) = √(2·3.75·1600) = 109.5 m/s

답

v = 109.5 m/s
(394.4 km/h)
2.운동학

답: t = 11.33 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 = 1.5·4 = 6 m/s

제동 시간

t3 = v/a3 = 6/4.5 = 1.333 s

총 시간

t = 4 + 6 + 1.333 = 11.33 s

답

t = 11.33 s
3.뉴턴 법칙

답: T = 28.78 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.

가속도

알짜 구동력은 무게의 차이이며, 전체 질량을 움직입니다.

a = (5.5 − 2)·9.81/(5.5 + 2) = 4.578 m/s²

가벼운 질량에서 구한 장력

T − m2·g = m2·a → T = 2·(9.81 + 4.578) = 28.78 N

답

T = 28.78 N
4.뉴턴 법칙

답: d = 11.24 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 15° + 0.3·cos 15°) = 5.382 m/s²

거리

d = v₀²/(2a) = 11²/(2·5.382) = 11.24 m

답

d = 11.24 m
5.포물선 운동

답: y = 2.112 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.

벽까지의 시간

vx = 14·cos 35° = 11.47 m/s
t = x/vx = 15/11.47 = 1.308 s

그 시각의 높이

y = 8.03·1.308 − ½·9.81·1.308² = 2.112 m

답

y = 2.112 m

공은 벽에서 이미 내려가는 중입니다.

6.포물선 운동

답: H = 80.63 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.

처음 수직 속력

vy = 32·sin 50° = 24.51 m/s

절벽 위로 올라간 높이

Δh = vy²/(2g) = 24.51²/(2·9.81) = 30.63 m

지면으로부터의 높이

H = 50 + 30.63 = 80.63 m

답

H = 80.63 m
7.일과 에너지

답: P = 24.48 kW

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). 동력은 힘 × 속력입니다: P = F·v.

구동력

m·g = 1800·9.81 = 17658 N
mg·sin θ = 17658·sin 4° = 1232 N
F = 1232 + 400 = 1632 N

전력

v = 54/3.6 = 15 m/s
P = F·v = 1632·15 = 24476 W = 24.48 kW

답

P = 24.48 kW
8.일과 에너지

답: v = 5.302 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).

경사면 방향의 힘

m·g = 10·9.81 = 98.1 N
mg·sin θ = 25.39 N
μ·mg·cos θ = 9.476 N

일–에너지

½mv² = (70 − 34.87)·4 = 140.5 J
v = √(2·140.5/10) = 5.302 m/s

답

v = 5.302 m/s
9.운동량과 충돌

답: ΔK = 99188 J

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.

공통 속도

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1500·23/2000 = 17.25 m/s

충돌 전후의 운동 에너지

Kbefore = ½·1500·23² = 396750 J
Kafter = ½·2000·17.25² = 297563 J

잃은 에너지

ΔK = 396750 − 297563 = 99188 J

답

ΔK = 99188 J

잃은 에너지는 변형, 열, 소리로 갑니다.

10.운동량과 충돌

답: v = 1181 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.

블록의 상승

h = L·(1 − cos θ) = 0.8·(1 − cos 35°) = 0.1447 m

충돌 후의 속력

V = √(2·9.81·0.1447) = 1.685 m/s

충돌

v = (m + M)·V/m = 3.505·1.685/0.005 = 1181 m/s

답

v = 1181 m/s
11.정수압

답: F = 51.5 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 = 1 + 1.5/2 = 1.75 m
A = H·b = 1.5·2 = 3 m²
수문d = 1 mH = 1.5 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.75·3 = 51.5 kN

답

F = 51.5 kN
12.정수압

답: F = 211.2 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 + 2/2 = 3.5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
수문d = 2.5 mH = 2 mF

합력

F = ρ·g·yc·A = 1025·9.81·3.5·6 = 211.2 kN

답

F = 211.2 kN
13.연속 방정식과 베르누이

답: p1 = 141.6 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 = 0.039/0.03142 = 1.241 m/s
v2 = Q/A2 = 0.039/0.007854 = 4.966 m/s

베르누이 방정식

p1 = p2 + ½ρ(v2² − v1²) = 130 + ½·1000·(4.966² − 1.241²)/1000 = 130 + 11.56 = 141.6 kPa

답

p1 = 141.6 kPa
14.연속 방정식과 베르누이

답: Q = 4.799 L/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.

마노미터에서 구한 압력 차

Δp = (13600 − 1000)·9.81·0.06 = 7416 Pa

목의 유속

연속 방정식과 베르누이 식을 함께 쓰면 이상적인 목의 유속이 나옵니다.

β = 40/80 = 0.5
v2 = √(2·7416/(1000·(1 − 0.0625))) = 3.978 m/s

실제 유량

Q = Cd·A2·v2 = 0.96·0.001257·3.978 = 0.004799 m³/s = 4.799 L/s

답

Q = 4.799 L/s
15.이상 기체 법칙

답: P = 159.9 kPa

이상 기체 법칙: PV = nRT, n = m/M.

몰수

n = m/M = 50/28.01 = 1.785 mol
T = 50 + 273.15 = 323.1 K

압력

P = nRT/V = 1.785·8.314·323.1/0.03 = 159.9 kPa

답

P = 159.9 kPa
16.이상 기체 법칙

답: ρ = 6.397 kg/m³

이상 기체의 밀도: ρ = PM/(RT).

기체 법칙 정리

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 140 + 273.15 = 413.1 K

밀도

ρ = 550·39.95/(8.314·413.1) = 6.397 kg/m³

답

ρ = 6.397 kg/m³
17.열기관과 냉동기

답: ηII = 40.37 %

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 = 750 + 273.15 = 1023 K
TL = 15 + 273.15 = 288.1 K

카르노 효율

ηCarnot = 1 − 288.1/1023 = 71.84 %

제2법칙 효율

ηII = η/ηCarnot = 29/71.84 = 40.37 %

답

ηII = 40.37 %
18.열기관과 냉동기

답: Ẇ = 1.298 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 = 35 + 273.15 = 308.1 K
TL = 0 + 273.15 = 273.1 K

카르노 COP와 실제 COP

COPmax = 308.1/(308.1 − 273.1) = 8.804
COP = 0.35·8.804 = 3.081

입력 동력

Ẇ = Q̇H/COP = 4/3.081 = 1.298 kW

답

Ẇ = 1.298 kW
19.파동, 소리, 광학

답: di = −5 cm

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/(−10) − 1/10
di = −5 cm
FF10 cmf = −10 cm

광선도

허상, 물체와 같은 쪽

답

di = −5 cm
20.파동, 소리, 광학

답: λ = 531.4 nm

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.

파장

λ = d·sin θ/m = 2 × 10⁻⁶·sin 32.1°/2 = 531.4 nm

답

λ = 531.4 nm

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