①
무릎을 구부리면 힘을 받는 시간이 (가) 증가, 충격량은 같으므로 (나) 평균 힘이 감소 → 정답 ①.
핵심 개념
충격량(= 힘 × 시간 = 운동량 변화량)이 같을 때 힘을 받는 시간이 길어지면 받는 평균 힘이 작아진다.
단서 따라가기
무릎을 구부리면 바닥으로부터 힘을 받는 시간이 (가)하여무릎을 구부리며 천천히 멈추면 충돌 시간이 길어진다 (가) = 증가
바닥으로부터 받는 (나)의 크기가 감소멈출 때까지의 운동량 변화량(충격량)은 같으므로, 시간이 길어지면 평균 힘이 작아진다 (나) = 평균 힘
정답 근거
착지할 때 무릎을 구부리면 바닥으로부터 힘을 받는 시간이 증가한다. 선수가 멈출 때까지의 운동량 변화량, 즉 충격량(= 평균 힘 × 시간)은 같으므로 시간이 증가하면 바닥이 선수에게 가하는 평균 힘의 크기가 감소하여 충격이 완화된다. 따라서 (가)는 증가, (나)는 평균 힘이며 정답은 ①이다.
선지별로 왜 틀렸나
②
함정 '충격이 완화된다'는 표현 때문에 충격량이 줄어든다고 생각하기 쉽다.
(가) 증가는 맞지만, 착지 전후 운동량 변화량이 같으므로 충격량은 일정하다. 감소하는 것은 평균 힘이다.
③
함정 충격량이 일정하다는 사실을 시간에 잘못 대응시키기 쉽다.
무릎을 구부리면 힘을 받는 시간은 증가하고, 충격량은 같으므로 감소하지 않는다.
④
함정 무릎을 구부려 빠르게 충격을 흡수한다고 생각해 시간이 짧아진다고 판단하기 쉽다.
(나) 평균 힘은 맞지만, 무릎을 구부리면 힘을 받는 시간은 감소가 아니라 증가한다. 시간이 줄면 평균 힘은 오히려 커진다.
⑤
함정 충격량 = 힘 × 시간에서 시간이 줄면 충격량이 줄고 충격이 완화된다고 단순하게 연결하기 쉽다.
힘을 받는 시간은 증가하고, 충격량은 운동량 변화량과 같아 일정하다. 줄어드는 것은 평균 힘이다.
이 문항이 묻는 능력
일상 속 충격 완화 사례를 충격량·충돌 시간·평균 힘의 관계로 설명하는 능력
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속도 변화가 같은지 확인해 충격량이 일정함을 확정 → 충격량 = 평균 힘 × 시간에서 시간 변화 방향 판단 → 반비례 관계로 평균 힘 변화 판단
다음 문항 · 10번
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관련 개념
충격 완화충돌할 때 물체가 받는 충격량(운동량의 변화량)이 같더라도 힘을 받는 시간을 길게 하여 평균 힘을 줄이는 방법이다. 자동차의 에어백·범퍼, 헬멧의 완충재, 운동 경기장의 매트, 착지할 때 무릎 굽히기 등 충돌 관련 안전장치와 스포츠에 활용된다.
충격력(평균 힘)충돌하는 동안 물체가 받은 힘의 평균값으로, 충격량(운동량의 변화량)을 충돌 시간으로 나눈 값이다. 충격량이 같을 때 충돌 시간이 길수록 물체가 받는 평균 힘은 작아지고, 충돌 시간이 짧을수록 커진다.
충격량 운동량 평균 힘 충돌 시간