#44 포물선 운동(2)

문제 1 · OX 문제

수평 방향으로 던진 물체는, 수평 방향으로 나아가는 동안 점점 속력이 빨라진다. ( )

정답: X

수평 방향은 마치 아무런 방해꾼이 없는 넓고 깨끗한 빙판 같아요. 물체를 옆으로 밀어주는 힘도, 잡아당기는 힘도 없죠. 그래서 물체는 처음 던져진 그 속도 그대로 아주 정직하게, 멈추지 않고 똑같은 속도로 미끄러져 나간답니다. 이를 우리는 '등속 운동'이라고 불러요!

문제 2 · OX 문제

연직 방향(아래쪽)으로 떨어질 때, 물체는 점점 속력이 빨라진다. ( )

정답: O

아래쪽은 지구라는 거대한 자석이 "나한테 와!"라며 쉴 새 없이 손짓하는 곳이에요. 물체는 아래로 떨어지는 순간부터 지구 중력이라는 강력한 가속 페달을 밟게 되죠. 1초가 지날 때마다 점점 더 아래로 곤두박질치는 속도가 커지는, 아주 신나는 '자유낙하' 댄스를 추는 거랍니다.

문제 3 · OX 문제

수평으로 던진 물체의 지면 도달 시간은 던지는 속력에 따라 달라진다. ( )

정답: X

이게 바로 포물선 운동의 가장 큰 반전이죠! 옆으로 아무리 빨리 던져도, 아래로 떨어지는 실력(?)은 오직 중력만이 결정해요. 옆으로 달리는 건 '옆으로 가는 거리'만 늘릴 뿐, 아래로 떨어지는 '시간'에는 1도 참견하지 못한답니다. 마치 옆집 친구가 아무리 빨리 달려도 내 시험 점수가 변하지 않는 것과 같아요.

문제 4 · OX 문제

수평으로 던진 물체의 운동 방향은 시간이 지날수록 점점 수평에 가까워진다. ( )

정답: X

물체는 처음엔 옆으로 나아가려 하지만, 중력이 계속 아래로 잡아당기니 결국 아래를 향하게 돼요. 시간이 지날수록 점점 아래쪽으로 더 가파르게 곤두박질치게 되니, 결국 운동 방향은 수평이 아니라 연직(아래쪽) 방향에 가까워지는 것이죠!

문제 5 · OX 문제

같은 높이에서 던진 물체라면, 던진 속력이 클수록 바닥에 닿는 거리는 멀어진다. ( )

정답: O

아까 바닥에 닿는 시간은 똑같다고 했죠? 그런데 속력이 빠르면, 그 똑같은 시간 동안 옆으로 훨씬 더 많이 갈 수 있어요! 마치 똑같은 시간 동안 학교를 가는데, 달리기 선수가 일반 학생보다 훨씬 더 먼 거리를 이동하는 것과 같은 이치랍니다.

문제 6 · 빈칸 채우기

수평 방향으로 던진 물체는 수평 방향으로는 ( ) 운동을 한다. (2글자)

정답: 등속

수평 방향은 아주 고요한 등속의 세계예요. 아무도 밀지 않으니, 처음에 던져준 그 속도 그대로 아주 성실하게 나아가죠. 이 성실함 덕분에 1초마다 옆으로 이동하는 거리가 항상 일정하답니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

연직 방향으로 작용하는 중력 때문에 물체는 ( ) 운동을 한다. (4글자)

정답: 자유낙하

지구가 "나에게 와!"라며 당기는 힘에만 몸을 맡기고, 다른 방해꾼 없이 정직하게 떨어지는 운동! 그게 바로 자유낙하예요. 옆으로 던져져도 아래쪽으로만 보면 이 정직한 자유낙하 댄스를 그대로 추고 있답니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

수평 방향 운동과 연직 방향 운동이 합쳐져서 물체는 ( ) 운동을 하게 된다. (3글자)

정답: 포물선

옆으로 달리면서 아래로 떨어지니, 마치 붓으로 공중에 예쁜 무지개 곡선을 그리는 것 같아요. 이 부드러운 곡선 궤적을 우리는 포물선이라고 부르기로 약속했어요!

문제 9 · 빈칸 채우기

두 운동은 서로 영향을 주지 않고 독자적으로 일어난다는 ( )의 원리가 있다. (3글자)

정답: 독립성

참 신기하죠? 옆으로 얼마나 빨리 달리는지는 아래로 떨어지는 속도에 1도 참견하지 않거든요. 두 운동은 서로 얼굴도 모르는 남남처럼, 각자 자기 길만 묵묵히 간다는 거예요. 이게 바로 과학의 '독립성'이죠!

문제 10 · 빈칸 채우기

같은 높이에서 수평으로 던진 물체의 지면 도달 시간은 던진 속력과 관계없이 ( )하다. (2글자)

정답: 동일

바닥까지 떨어지는 시간은 옆으로 달리는 속도랑 정말 아무 상관이 없어요! 100km/h로 던지든, 1km/h로 던지든, 혹은 그냥 가만히 놓든, 아래로 떨어지는 시간은 지구 중력님만이 결정하신답니다.

문제 11 · 단답형

높이 80m인 절벽에서 물체를 수평 방향으로 던졌을 때, 이 물체가 바닥에 닿는 데 걸리는 시간은? (초)

정답: 4

물체가 바닥에 닿는 시간은 옆으로 얼마나 빨리 던지느냐와는 전혀 상관없어요! 오직 '높이'가 결정하죠. 아래로 떨어지는 거리 공식(h = 5 × t²)을 써보면 80 = 5 × t²이 되고, t² = 16이 됩니다. 제곱해서 16이 되는 수는 4니까, 이 물체는 4초 동안 공중에서 자유낙하 댄스를 추는 거예요!

문제 12 · 단답형

수평 방향으로 30m/s의 속력으로 던진 물체가 4초 후에 바닥에 닿았다면, 수평 방향으로 이동한 거리는? (m)

정답: 120

수평 방향은 아주 정직한 등속 운동의 고속도로예요. 힘이 없으니 속도가 변하지 않죠! 1초에 30m를 달리는 선수가 4초 동안 쉬지 않고 달렸으니, 30 × 4 = 120m를 아주 성실하게 이동한 셈입니다. 옆으로 달리는 건 그저 속도와 시간만 곱하면 끝나는 아주 심플한 계산이죠!

문제 13 · 단답형

높이 5m인 곳에서 물체를 던졌을 때, 바닥에 닿는 데 걸리는 시간은? (초)

정답: 1

높이가 낮아지면 떨어지는 시간도 짧아져요. 공식 5 × t² = 5를 계산해 보면 t² = 1이 되죠. 1초라는 짧은 시간 안에 물체는 바닥에 착륙하게 됩니다. 아주 낮은 곳에서 툭 떨어뜨리는 셈이니까요!

문제 14 · 단답형

수평으로 50m/s의 속력으로 던진 물체가 1초 동안 이동한 수평 거리는? (m)

정답: 50

아주 빠른 속도로 던져졌네요! 수평 방향의 등속 운동은 '속력 × 시간'으로 결정됩니다. 1초 동안 50m를 갈 수 있는 속력이니, 당연히 1초 뒤에는 50m 지점에 도착해 있겠죠? 마치 1초에 50m를 주파하는 탄환을 상상해 보세요.

문제 15 · 단답형

높이 125m에서 던진 물체가 바닥에 닿는 데 걸리는 시간은? (초)

정답: 5

꽤 높은 곳이죠? 공식 5 × t² = 125를 풀어보면 t² = 25가 나옵니다. 5를 제곱하면 25가 되니, 이 물체는 5초 동안 하늘을 날고 있는 셈이에요. 높이가 높을수록 우리가 즐길 수 있는 비행 시간도 늘어나는 거죠!

문제 16 · 단답형

바닥까지 5초가 걸려 도착한 물체가 수평으로 100m를 이동했다면, 이 물체를 처음 던진 수평 속력은? (m/s)

정답: 20

"이동 거리 = 속력 × 시간"이라는 공식의 퍼즐을 맞춰볼까요? 거리가 100m이고 시간이 5초라면, 속력은 100 / 5를 해서 20m/s가 나옵니다. 이 물체는 1초에 20m를 달리는 속도로 옆으로 출발했다는 뜻이죠!

문제 17 · 보기 선택

수평 방향으로 던진 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 수평 방향으로는 힘이 작용하지 않아 등속 운동을 한다.
• ㄴ. 연직 방향으로는 중력이 작용하여 자유 낙하 운동을 한다.
• ㄷ. 수평 방향의 속도는 물체가 바닥에 닿을 때까지 점점 빨라진다.
• ㄹ. 물체는 수평 방향의 등속 운동과 연직 방향의 자유 낙하 운동이 합쳐진 곡선 운동을 한다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄹ

옆으로는 아무런 방해꾼이 없으니 썰매를 타듯 처음 던진 속도 그대로 똑같은 속도로 미끄러지고, 아래로는 지구라는 거대한 자석이 잡아당기니 점점 빨라지는 '자유낙하'를 해요. 이 두 가지 춤이 동시에 합쳐지면서 우아한 포물선이 만들어지는 것이죠!

문제 18 · 보기 선택

높이 20m에서 물체를 수평으로 던졌을 때의 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오. (중력가속도 g=10m/s²)

• ㄱ. 바닥에 닿는 시간은 던지는 속력과 상관없이 일정하다.
• ㄴ. 떨어지는 시간은 공식 h = 1/2gt²을 통해 구할 수 있다.
• ㄷ. 바닥에 닿는 시간은 2초이다.
• ㄹ. 던지는 속력이 2배가 되면 바닥에 닿는 시간도 2배가 된다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

자유 낙하 공식은 갑자기 튀어나온 게 아니에요! 거리는 (평균 속도) × (시간)인데, 0에서 gt까지 변하니 평균 속도는 1/2gt가 되죠. 그래서 h = (1/2gt) × t = 1/2gt²이 된답니다. 대입하면 20 = 5 × t²이므로 t=2초가 나와요!

문제 19 · 보기 선택

두 운동의 관계에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 수평 속력이 빠를수록 물체가 바닥에 닿는 시간은 짧아진다.
• ㄴ. 연직 방향의 중력은 수평 방향 운동에 영향을 주지 않는다.
• ㄷ. 물체를 그냥 가만히 떨어뜨릴 때와 수평으로 던질 때, 바닥에 닿는 시간은 같다.
• ㄹ. 수평 속력이 빨라질수록 물체는 더 아래쪽으로 빨리 떨어진다.

정답: ㄴ, ㄷ

옆으로 얼마나 빨리 달리는지는 아래로 떨어지는 실력(?)에 1도 참견하지 않아요. 중력은 "옆으로 달리든 말든 내 할 일만 한다"는 철저한 원칙주의자 감독님이라서, 옆으로 던지나 그냥 떨어뜨리나 똑같이 잡아당기시거든요.

문제 20 · 보기 선택

물체의 운동에 작용하는 힘에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 던져진 후 물체에는 수평 방향으로 힘이 계속 작용한다.
• ㄴ. 연직 방향으로 작용하는 중력의 크기는 F = mg로 계산한다.
• ㄷ. 물체에 작용하는 알짜힘의 방향은 항상 운동 방향과 같다.
• ㄹ. 수평 방향의 속도가 변하지 않는 것은 알짜힘이 0이기 때문이다.

정답: ㄴ, ㄹ

손을 떠나는 순간, 수평으로 밀어주는 힘은 사라져요. 그럼에도 앞으로 나아가는 건 '관성' 덕분이죠! 힘이 0인 상태에서 자기 가던 길을 아주 성실하게 가고 있는 거예요. 아래로는 중력(mg)이 꾸준히 작용하고요.

문제 21 · 객관식

다음 중 포물선 운동을 두 방향으로 나누어 분석해야 하는 가장 큰 이유는?

• ① 물체의 질량이 매우 크기 때문이다.
• ② 공기 저항이 매우 작기 때문이다.
• ③ 수평과 연직 방향의 힘과 운동 규칙이 다르기 때문이다.
• ④ 중력이 매 순간 변하기 때문이다.
• ⑤ 물체의 속력이 매우 빠르기 때문이다.

정답: ③

한쪽(수평)은 힘이 없어 등속 운동이고, 다른 쪽(연직)은 중력이 있어 자유낙하 운동이죠. 성격이 너무나 다른 두 운동을 하나로 섞어보면 헷갈리니까, 각자 규칙대로 떼어놓고 보는 거예요!

문제 22 · 객관식

높이 80m인 곳에서 수평으로 던진 물체가 바닥에 닿는 데 걸리는 시간은? (단, g=10m/s²)

• ① 2초
• ② 3초
• ③ 4초
• ④ 5초
• ⑤ 6초

정답: ③

공식 h = 1/2gt²에 넣어볼까요? 80 = 1/2 × 10 × t²이므로 80 = 5 × t²이 되죠. 그럼 t² = 16이 되고, 시간을 구하면 4초가 나옵니다! 4초 동안 아주 긴 비행을 하는 셈이죠.

문제 23 · 객관식

수평으로 20m/s 속도로 던진 물체가 3초 동안 이동한 수평 거리는?

• ① 20m
• ② 40m
• ③ 60m
• ④ 80m
• ⑤ 100m

정답: ③

수평 방향은 아주 정직한 등속 운동이에요. 공식도 아주 심플하죠? 거리 = 속력 × 시간 (20m/s × 3s = 60m)! 1초에 20m를 가는 선수가 3초 동안 성실하게 달렸으니 60m 지점에 도착하는 거예요.

문제 24 · 객관식

수평으로 던진 물체의 연직 방향 속력(v_y)을 구하는 공식으로 옳은 것은? (g=10m/s²)

• ① v_y = 5t²
• ② v_y = gt
• ③ v_y = 10 × d
• ④ v_y = 1/2gt²
• ⑤ v_y = 속력 × 시간

정답: ②

중력은 1초마다 속도를 10씩 늘려줘요. 1초면 10, 2초면 20! 그래서 속도(v)는 중력가속도(g)에 시간(t)을 곱한 gt가 됩니다.

문제 25 · 객관식

그냥 떨어뜨린 물체와 수평으로 던진 물체를 비교할 때, 바닥에 닿는 시간에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 던진 물체가 먼저 닿는다.
• ② 그냥 떨어뜨린 물체가 먼저 닿는다.
• ③ 던진 속력이 빠를수록 먼저 닿는다.
• ④ 두 물체는 동시에 닿는다.
• ⑤ 질량이 큰 물체가 먼저 닿는다.

정답: ④

옆으로 얼마나 빨리 달리는지는 아래로 떨어지는 시간에 '1도' 참견하지 않아요. 중력이라는 똑같은 감독님 아래에서 떨어지니까요! 두 물체는 마치 약속한 듯 동시에 땅에 발을 내디딘답니다.