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Date 2023/04/16 10:47:49
Name 스핔스핔
Subject [질문] 물리 의문 질문드립니다. (수정됨)
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(이미지 안되면 아래 페이지에서 이미지 봐주시면 감사하겟습니다.)

https://physicmath.net/2163/

연직면내 원운동, or 부등속 원운동 이라고 하면서 롤러코스터 360도 코스처럼 된 원궤적을 어디까지 올라갈수잇냐는 문제가 잇잖아요?

코스에서 떨어지는순간은 그때의 수직항력이 0이되는순간이라고 풀어서 공식이 나오는건 알겟는데

(공식 N= (mv^2/r) - (3+2sin각)mg = 0 )

이상한거는 초기 에너지를 1.5mgr 로 준 경우. 즉 그냥 수직 위로 쏘면 1.5r 까지 올라갈수잇는 속도로 원궤적에 넣으면, 공식결과상

높이 r  나옵니다... (즉 각=0) 그런데 r 까지 올라간상태면 수직방향 속도밖에 없는상태아닌가요?

어떻게 받아들여야할지 감이 안잡히네요.. 원래 1.5r 까지 올라갈수있는 놈인데 높이r에서 원궤도에서 떨어져 나오면 수평방향 속도가 있는상태로 떨어져나온다는건지? 아니면 더 올라가긴 한다는 건지...  
 
너무 혼란스러워서 질문도 제대로 못하겟네요...ㅠ

예를들어, 그림처럼 반원이 아니라 4분원 만 존재해서 위로 발사하는 형태의 발사대라고 생각하면

수직발사시 1.5r 까지 올라갈 속도로 발사대에 투입하면 발사대 거쳐서 1.5r 까지 올라갈거잖아요? 
즉 발사대 끝지점인 높이 r에서의 물체는 아직 0.5r 을 더 올라갈 수직속력이 남아잇을텐데

그런데 그 뒷부분에 다시 원형궤도를 붙이면  공식상 특이점은 높이 r 에서 끝나버린단 말이죠.. 




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이상해꽃
23/04/16 11:57
수정 아이콘
사분면만 있으면 r까지 원궤도고 1.5r까지 수직으로 올라갔다 내려가고
완전한 원궤도이면 r까지 가고

문제 없어 보이는데 이해를 제가 잘못한건지..
스핔스핔
23/04/16 12:06
수정 아이콘
그러면 r까지 갓을때는 아직 운동에너지가 남아잇을텐데 그게 어떻게 되는건가요? 왼쪽으로 떨어져 나온다는건가요? 즉 왼쪽방향 속도를 갖게되나요?
딸기거품
23/04/16 14:05
수정 아이콘
오랜만에 공책 꺼내서 따라해봤는데
초기 에너지를 1.5를 주면 높이 r에서 위치에너지1 운동에너지 0.5가 되는데 왜 선로로부터 받는 힘이 없냐 하시는 것 같은데
문제에서 수직항력은 에너지보존법칙과 무관해보입니다.
즉, 높이 r 각도 0도인 바로 그 순간에는 공이 선로와 붙어 있지만 수직항력이 없고 윗 방향으로 가는 운동에너지만 갖고 있다로 해석하는게 맞는것 같습니다.
딱히 왼쪽으로 떨어진다고 말할 수 없겠네요.
딸기거품
23/04/16 14:10
수정 아이콘
수직항력이 0일 때 코스에서 떨어진다는 말을 그 즉시 중력에 의해 추락한다는 생각과 섞어서 혼동하신게 아닐지
스핔스핔
23/04/16 14:10
수정 아이콘
윗방향으로 속도를 갖고있으면 결국은 거기서 더 위로 올라가야하는거 아닌가요? 얘는 그럼 어디서 떨어지나요
딸기거품
23/04/16 14:28
수정 아이콘
바로 다음 순간 선로와 부딪혀 충돌해서 떨어진다가 답인것 같아요
초기 에너지에 따라 구간을 나눠보죠
0 초과 mgr 미만
올라가다가 에너지를 다 쓰고 선로를 따라 다시 굴러내려갑니다
정확히 mgr
높이 r까지 가고 속도가 0이 되어 위치에너지가 다시 운동에너지로 바뀌겠죠

여기부터 애매한데 수직항력이 0 이상이어야 선로에 붙어있는거니
2>3+2sin(theta) 부터 3>3+2sin(theta) 까지는 각도가 마이너스 = 높이가 r 이 되기 전에 수직항력이 없다고 보는게 맞는것 같고

이후 1.5 초과 2 미만은 0도에서 90도에 대응하고
다시 2mgh면 높이 2r에서 속도가 0 이 되니 선로에서 붕떠서 중력에 의해 추락하고
그 이상이면 내려가면서 속도가 붙을테니 선로에서 안 떨어진다고 생각합니다
딸기거품
23/04/16 14:29
수정 아이콘
(수정됨) 다시 쓴 걸 읽어보니까 틀렸네요 맨 마지막에 단 링크 글을 보세요
딸기거품
23/04/16 14:41
수정 아이콘
예전에 관련 자료를 봤던 것 같은데 찾을 수가 없네요
조금 더 현실 조건에서 실험하신 분들이 있어서 링크를 답니다 https://prezi.com/ez2oizvzaz5_/presentation/
딸기거품
23/04/16 14:44
수정 아이콘
이 분이 비전문가인 저보다 더 잘써주셨는데 수직항력이 0이 되면 물체는 더 이상 원운동을 못하게 되고, 남은 속도를 가지고 포물선 운동을 하게 된다고 하시네요. https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=at3650&logNo=40066058953
스핔스핔
23/04/16 15:20
수정 아이콘
네. 떨어져나오면 포물선 운동을 하겟죠. 그래서 딱 r 에서 수직항력이 0이되는 경우가 잘 이해가 안되는거구요.. 수직방향 성분밖에 안남았는데 포물선을 그리며 떨어질수가 있냐는거죠.. 윗부분이 원형궤적이 아니라 뻥뚫려있었다면 1.5r까지 , 즉 추가적으로 0.5r을 더 갈수잇는 속도를 현재 갖고있는데, 계산상으로는 더이상 원궤적면을 누르면 안되는 상황인데다 수직방향 속도만 있는 이 상황을 어떻게 더 전개시켜야 설명을 할수있는거죠..
딸기거품
23/04/16 15:44
수정 아이콘
제가 잘못배운게 아니라면 수직방향으로 발사한 물체의 운동도 포물선 운동이라고 불렀습니다. 수평 성분이 0인
보통 수직 수평을 분해해서 계산했죠
수직방향 성분만 남았는데 어떻게 포물선을 그리면서 떨어지냐는 말은 성립하지 않는 말이고

저는 아까 말씀드린대로 b지점에서 수직항력이 0 이 되어 선로에서 떨어져 위로 솟구친 구슬(점)이 질량이 무한대로 가정된 0.00...001도 기울어진 선로에 충돌한 뒤 반대방향으로 튀어나왔다고 생각하고 있습니다.
딸기거품
23/04/16 15:57
수정 아이콘
저는 머릿속으로 선로를 따라 구르던 구슬이 왼쪽으로 튀어나오는 상황이 그려지는데 문제 가정에 마찰력 없음이나 구슬을 점으로 가정해서 관성 모멘트를 계산하지 않는 등 현실적으로 말이 안되는것 같은데 하시면 안되고 에너지는 에너지만 운동량은 운동량만 현실과 분리해서 계산하셔야 합니다.
사나아
23/04/17 12:21
수정 아이콘
시작이 이차원 시스템에서 포물선 운동(이차 곡선) 이었기 때문에 수평성분이 0이어도 직선이지만 포물선이라 부를 수 있다란 뜻인가요?
그냥 나머지 성분을 0으로 둔다고 하면 모든 직선을 2차, 3차, 4차곡선, 혹은 N차 곡선이라 부를 수 있는데 그렇게 안 부르자나요
딸기거품
23/04/17 18:37
수정 아이콘
음 제가 물리를 안한지 오래되서... 틀렸다면 죄송합니다. 다시보니 초기속도가 v0이고 중력을 계속 받는 등가속도 운동으로 볼 수도 있지 않을까요.
3차를 보니 생각났는데 포물선 운동 파트 배울 때는 포탄 탄착 지점을 구하는데 xyz로 나누고 코리올리힘 까지 계산하기도 했는데 자기 머리 위로 발사해도 그 자리에 떨어지지 않는다는게 신기했던 기억이 납니다.
사나아
23/04/18 00:49
수정 아이콘
앗 아닙니다.
저도 물리를 제 마음대로 배워서 잘 몰라요.
다만 스핔님이랑 딸기님이 이야기 하시는건 같은데 용어만 다르게 쓰시는거 같아서..
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