글
질량이 아주 무거운 추를 천정에 매달아 놓고, 힘 F를 가한다. F를 가할 때, 빠르게 확 잡아당기는 것과 천천히 잡아당기는 것 사이에는 끊어지는 위치의 차이가 존재한다. 빠르게 잡아당기면 추 윗부분이 끊어지고 천천히 잡아당기면 추 아랫부분이 끊어진다. 왜 그럴까?
https://www.facebook.com/groups/ko.physics/permalink/786443654776437/
이하, 내 답변.
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이 실험의 관건은 줄이 버틸 수 있는 한계의 힘에 위쪽 실과 아래쪽 실 중 어느 것이 먼저 도달하느냐입니다. 또한, 줄에 후크의 법칙이 작용한다고 하면, 줄이 버틸 수 있는 한계의 힘은 줄이 버틸 수 있는 길이와 직접 관련이 있습니다. 여기서, 빠르게 잡아당긴다는 것은 아래쪽 끝에 작용하는 힘이 증가하는 속도가 더 크다는 겁니다. 즉, 힘의 시간당 변화율이 큽니다. 마찬가지로, 느리게 잡아당긴다는 것은 힘의 시간당 변화율이 작다는 뜻입니다. 가운데 추가 꽤 무겁기 때문에, 힘이 크게 작용하더라도 가속도가 작아서 속도가 크게 변하지 않고, 마찬가지로 변위도 크지 않습니다. 그렇다면, 이제 '빠른 실험'의 경우를 생각해 보죠. 빠른 실험의 경우, 위쪽 줄이 끊어지기 위해서는 추가 충분히 움직여서 위쪽 실이 버틸 수 있는 길이보다 더 멀리 움직여야 하는데, 그렇게까지 움직이기 전에 아래쪽 실에 작용하는 힘이 더 빨리 증가하여 아래쪽 실이 끊어집니다. 느린 실험의 경우, 추가 움직이는데 필요한 충분한 시간이 주어지기 때문에 위쪽 실에 작용하는 힘은 추에 작용하는 중력과 사람이 잡아당기는 힘이 합쳐져서 작용하고, 따라서 위쪽 실이 먼저 끊어집니다. 여기서, 추가 잘 움직인다/움직이지 않는다는 부분이 바로 관성의 법칙에 관련된 것이죠.
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