18.윗글을 바탕으로 할 때, <보기>의 ‘원판’의 회전 운동에 대한 이해로 적절하지 않은 것은? [3점](16번 공통지문 문제)

해설

구체적 상황에 적용하기 [정답해설] <보기>의 OA는 OB의 절반에 해당하며, A, B에는 각각 OA, OB와 직각 방향으로 표면과 평행하게 같은 크기의 힘이 작용하여 원판을 각각 시계 방향과 시계 반대 방향으로 밀어 준다고 하였으므로 두 돌림힘은 서로 다른 방향으로 작용하며, 그 힘은 2배의 차이를 보이게 된다. 왜냐하면 2문단에서 제시된 바와 같이 물체에 작용하는 돌림힘의 크기는 회전축에서 X까지의 거리와 가해 준 힘의 크기의 곱으로 표현되기 때문이다. 한편 <보기>의 원판은 시계 반대 방향으로 회전하고 있으므로 A에 가해 주는 힘만을 제거한 상태에서는 시계 반대 방향으로 밀어 주는 알짜 돌림힘만 존재한다. 이때 원판이 두 바퀴 회전한다면, 4문단에 언급된 바와 같이 알짜 돌림힘이 한 일은 알짜 돌림힘의 크기와 회전 각도의 곱에 해당하므로, 원판이 두 바퀴 회전하는 동안 알짜 돌림힘이 한 일은 한 바퀴 회전하는 동안 알짜 돌림힘이 한 일의 4배가 아니라 2배이다. [오답피하기] ① <보기>의 A와 B에 작용하는 돌림힘은 서로 다른 방향으로 작용하는데, 시계 반대 방향으로 밀어 주는 돌림힘이 시계 방향으로 밀어 주는 돌림힘의 2배에 해당한다. 따라서 두 힘을 계속 가해 주는 상태에서는 시계 반대 방향으로 밀어 주는 알짜 돌림힘이 양(+)의 일을 하는데, 6문단에서 언급된 바와 같이 형태가 일정한 물체에 알짜 돌림힘이 양의 일을 하면 회전 속도가 증가한다. 따라서 <보기>와 같이 두 힘을 계속 가해 주는 상태에서는 원판의 회전 속도가 증가한다고 할 수 있다. ② 4문단에서 회전 속도의 변화는 물체에 알짜 돌림힘이 일을 해 주었을 때에만 일어난다고 언급하고 있다. <보기>의 A, B에 가해 주는 힘을 모두 제거하면 알짜 돌림힘은 0이 되어 어떤 돌림힘도 작용하지 않았으므로 원판은 일정한 회전 속도를 유지한다고 할 수 있다. ③ <보기>의 상황에서 A에 가해 주는 힘만을 제거하면 B에 가해지는 시계 반대 방향의 알짜 돌림힘만 일을 하게 되는데, 이때의 알짜 돌림힘은 물체를 돌리려는 방향과 물체의 회전 방향이 일치하므로 양(+)의 일을 하면서 원판의 회전 속도를 증가시킨다고 할 수 있다. ⑤ <보기>의 상황에서 B에 가해 주는 힘만을 제거하면 시계 방향으로 밀어 주는 알짜 돌림힘만 작용한다. 이때 알짜 돌림힘은 음(-)의 일을 하고, 음의 일을 하면 원판의 회전 속도 에너지가 감소한다. 그런데 알짜 돌림힘이 한 일은 알짜 돌림힘의 크기와 회전 각도의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 알짜 돌림힘이 계속 작용하게 되면 시계 방향으로 작용하는 돌림힘에 의해 돌림힘의 평형 상태에 이르는 순간에 도달하여 시계 반대 방향으로 회전하고 있던 원판의 회전 운동 에너지가 0이 되었다가 원판이 시계 방향으로 회전할 것이다. 따라서 B에 가해 주는 힘만을 제거하면 원판의 회전 운동 에너지는 점차 감소하여 0이 되었다가 다시 증가한다고 할 수 있다. [수능 해설 출처 : EBS]