③
알짜힘 0이면 정지한 공은 계속 정지(ㄱ 옳음), 결승선에서 못 멈추는 것은 관성(ㄴ 옳음), 글러브를 빼면 충돌 시간이 길어져 평균 힘은 작아짐(ㄷ 틀림) → 정답 ③.
핵심 개념
알짜힘이 0이면 물체는 운동 상태를 유지하고(관성), 같은 충격량을 받을 때 충돌 시간이 길수록 평균 힘은 작아진다.
단서 따라가기
(가) 정지한 공, 알짜힘 0알짜힘이 0인 물체는 현재 운동 상태를 유지하므로 정지한 물체는 계속 정지해 있다 보기 ㄱ (옳음)
(나) 결승선에서 곧바로 멈추지 못함운동하던 물체가 그 운동 상태를 계속 유지하려는 성질인 관성 때문이다 보기 ㄴ (옳음)
(다) 글러브를 뒤로 빼며 공을 받음공의 운동량 변화량이 같아 충격량이 같으므로, 충돌 시간이 길어지면 평균 힘(충격량 ÷ 시간)은 작아진다 보기 ㄷ (틀림 — 작아짐)
정답 근거
보기 ㄱ: 물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 물체는 현재 운동 상태를 유지하므로, 정지해 있는 공은 계속 정지해 있다. 보기 ㄴ: 달리던 육상 선수는 운동 상태를 유지하려는 관성 때문에 결승선에서 곧바로 멈추지 못한다. 따라서 정답은 ③이다. (ㄷ은 글러브를 빼도 공의 운동량 변화량, 곧 충격량의 크기는 같으므로 충돌 시간이 길어지면 평균 힘의 크기는 작아져 틀리다.)
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 관성은 정지한 물체에만 적용된다고 여겨 달리던 선수가 멈추지 못하는 현상을 관성과 연결하지 못하기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, 운동하던 선수가 곧바로 멈추지 못하는 것도 관성이라는 옳은 ㄴ이 빠졌다.
②
함정 '충돌 시간이 길어진다'를 힘이 오래 작용해 더 세진다는 뜻으로 받아들여 평균 힘이 커진다고 생각하기 쉽다.
ㄷ은 충격량이 같을 때 충돌 시간이 길수록 평균 힘이 작아지므로 틀리고, 옳은 ㄱ, ㄴ이 빠졌다.
④
함정 공을 계속 정지시키려면 공을 붙잡아 두는 힘이 필요하다고 여겨 알짜힘 0일 때 정지 상태가 유지된다는 점을 놓치기 쉽다.
ㄴ은 옳지만, ㄷ은 평균 힘이 작아지므로 틀리고, 옳은 ㄱ이 빠졌다.
⑤
함정 글러브를 빼는 동작이 공을 받는 데 유리하다는 것만 기억하고 힘이 커지는지 작아지는지 확인하지 않기 쉽다.
ㄱ, ㄴ은 옳지만, ㄷ은 충돌 시간이 길어지면 평균 힘의 크기가 작아지므로 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
일상 운동 장면을 관성과 충격량·충돌 시간의 관계로 해석하는 개념 적용 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
각 장면이 '운동 상태 유지(관성)'인지 '충격량과 충돌 시간'인지 분류 → 관성 장면은 알짜힘 0과 운동 상태 유지로 판단 → 충돌 장면은 운동량 변화량이 같은지 확인 후 충격량 = 평균 힘 × 시간으로 힘의 증감 판단
다음 문항 · 14번
다음은 같은 종으로 구성된 어떤 구피 집단의 자연선택에 대한 설명이다. ⓐ는 ‘감소’와 ‘증가’ 중 하나이다…
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관련 개념
관성 법칙물체에 작용하는 알짜힘이 0이면 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 등속 직선 운동을 계속한다는 법칙으로, 뉴턴 운동 제1법칙이라고도 한다. 물체가 처음의 운동 상태를 유지하려는 성질을 관성이라 하며, 질량이 클수록 관성이 크다.
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.
관성 알짜힘 운동량 충격량 충돌 시간과 평균 힘