고등 통합과학 자동차의 안전장치 예상문제

자동차의 안전장치
{유형 분석}
에어백과 같은 안전장치가 충돌 시간을 늘려 탑승자를 보호하는 원리를 충격량과 평균 힘의 관계로 설명할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
충돌 과정에서 탑승자가 받는 충격량(운동량 변화량)의 크기는 에어백의 유무와 관계없이 일정하다. 에어백은 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄여준다.
{정답 찾기}
① 에어백은 충격량의 크기를 변화시키지 않고 충돌 시간을 늘릴 뿐이므로 옳지 않다.
② 운동량 변화량(충격량)은 0이 되지 않으므로 옳지 않다.
③ 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 감소시키므로 옳다.
④ 에어백이 충격량을 증가시키는 것은 아니므로 옳지 않다.
⑤ 충돌 시간에 따라 받는 힘의 크기가 달라지므로 옳지 않다.
{오답 피하기}
안전장치는 충격량이 아니라 평균 힘을 줄이는 장치라는 점을 명확히 구분해야 한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 감소시킨다.」이다.

자동차의 안전장치
{유형 분석}
충격량-운동량 정리를 자동차의 안전장치 원리에 적용할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
같은 운동량 변화(=충격량)가 발생하는 충돌에서, 충돌 시간을 길게 하면 평균 힘의 크기($F=\frac{\Delta p}{\Delta t}$)는 작아진다. 에어백, 안전띠, 범퍼 등은 모두 이 원리를 이용해 충돌 시간을 늘림으로써 탑승자가 받는 힘을 줄여 보호한다.
{정답 찾기}
① 안전띠도 충돌 시간을 늘려 힘을 줄이는 장치이며, 시간을 짧게 하지 않는다. (X)
② 범퍼는 충격량의 크기 자체를 줄이는 것이 아니라 충돌 시간을 늘려 평균 힘을 줄인다. 충격량의 크기는 운동량 변화량으로 정해져 있어 변하지 않는다. (X)
③ 에어백은 충돌 시간을 늘려 힘을 줄일 뿐, 탑승자의 속도 변화(운동량 변화량)를 줄이는 장치가 아니다. (X)
④ 안전장치는 충격량을 0으로 만들 수 없다. 충돌 전후 탑승자의 운동량 변화가 있는 한 충격량은 0이 아니다. (X)
⑤ 에어백은 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄이는 안전장치이다. (O)
{오답 피하기}
안전장치는 '충격량의 크기'가 아니라 '충돌 시간을 늘려 평균 힘의 크기'를 줄이는 장치라는 점을 명확히 구분해야 한다. 충격량의 크기는 충돌 전후 운동량 변화로 정해지므로 안전장치로 바뀌지 않는다.

[최종 정답]
정답은 5번 「에어백은 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄여준다.」이다.

안전장치의 원리, 자동차의 안전장치
{유형 분석}
에어백, 안전띠, 범퍼 등 자동차 안전장치가 충격력을 줄이는 원리를 충격량-운동량 관계로 정확히 이해하고 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
충돌 시 운동량의 변화량(충격량의 크기)은 충돌 전후 속도 변화로 정해지며 안전장치로 줄일 수 없다. 안전장치는 충돌 시간을 길게 하여 같은 충격량에 대한 평균 힘(충격력)을 줄이는 원리로 작동한다.
{정답 찾기}
① 에어백은 충돌 시간을 늘려 충격력을 줄인다. (O)
② 안전띠는 탑승자가 관성에 의해 튕겨 나가는 것을 막아준다. (O)
③ 범퍼는 충돌 시간을 늘려 충격력을 감소시킨다. (O)
④ 충격량이 같을 때 충돌 시간이 길어지면 평균 힘은 작아진다($F=\frac{\Delta p}{\Delta t}$). (O)
⑤ 에어백과 안전띠는 운동량의 변화량(충격량) 자체를 줄이는 것이 아니라, 충돌 시간을 늘려 평균 힘(충격력)을 줄이는 장치이다. (X)
{오답 피하기}
운동량의 변화량은 충돌 전후 속도에 의해 정해지는 값으로 안전장치와 무관하게 일정하며, 안전장치는 오직 '시간을 늘려 힘을 줄이는' 원리로 작동한다는 점을 명확히 구분해야 한다.

[최종 정답]
정답은 5번 「에어백과 안전띠는 충돌 시 운동량의 변화량을 감소시켜 충격력을 줄이는 장치이다.」이다.

자동차의 안전장치, 안전장치의 원리
{유형 분석}
자동차 안전장치들이 충돌 시간을 늘려 충격력(평균 힘)을 줄이는 원리를 정확히 이해하고 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
에어백, 범퍼 등 자동차 안전장치는 공통적으로 충돌 시간을 길게 하여 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄이는 원리를 이용한다.
{정답 찾기}
① 에어백은 충돌 시간을 늘려 충격력을 감소시킨다.(O)
② 안전띠는 관성에 의한 탑승자의 이동을 막아 부상을 방지한다.(O)
③ 범퍼는 찌그러지며 충돌 시간을 늘려 충격력을 줄인다.(O)
④ 충돌 시 운동량의 변화량(충격량)은 충돌 전후 속도 변화에 의해 정해지는 값으로, 안전장치로 이를 0으로 만들 수는 없다. 안전장치는 충돌 시간을 늘려 평균 힘의 크기만 줄일 뿐이다.(X)
⑤ 머리 지지대는 목이 꺾이는 부상을 방지한다.(O)
{오답 피하기}
안전장치는 충격량 자체를 없애는 것이 아니라, 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘(충격력)의 크기를 줄여주는 장치라는 점을 명확히 구분해야 한다.

[최종 정답]
정답은 4번 「자동차의 안전장치들은 충돌 시 탑승자의 운동량 변화량 자체를 0으로 만들어 충격량이 발생하지 않도록 한다.」이다.

안전장치의 원리, 자동차의 안전장치
{유형 분석}
충격량과 평균 힘의 관계를 자동차 안전장치(에어백, 범퍼, 안전벨트)의 작동 원리에 적용하여 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자동차 충돌 시 탑승자나 자동차가 받는 충격량의 크기는 충돌 전후 운동량 변화량의 크기로 정해지며, 충돌 시간과는 무관하게 일정하다. 안전장치들은 충돌 시간을 늘려 평균 힘의 크기($F=\frac{\Delta p}{\Delta t}$)를 줄이는 원리를 이용한다.
{정답 찾기}
① 충돌 시간이 늘어나면 평균 힘이 감소하므로 옳다. (O)
② 충돌 시간이 늘어나도 충격량의 크기(운동량 변화량)는 변하지 않으므로 옳지 않다. (X, 정답)
③ 충격량의 정의상 옳다. (O)
④ 안전벨트도 같은 원리로 작동하므로 옳다. (O)
⑤ 충격량이 일정할 때 시간과 평균 힘은 반비례하므로 옳다. (O)
{오답 피하기}
'충돌 시간이 늘어나 힘이 줄어드는 것'과 '충격량 자체가 줄어드는 것'을 구분해야 한다. 충격량은 운동량 변화량으로 정해지며 안전장치의 작동 여부와 관계없이 동일하다.

[최종 정답]
정답은 2번 「범퍼가 찌그러져 충돌 시간이 늘어나면 자동차가 받는 충격량의 크기도 함께 감소한다.」이다.

자동차의 안전장치
{유형 분석}
충격량과 평균 힘의 관계(충격량 = 평균 힘 × 충돌 시간)를 이용하여 안전장치의 원리를 설명할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
충돌 시 탑승자의 운동량 변화량(충격량의 크기)은 에어백 사용과 관계없이 일정하다. 충격량이 일정할 때 충돌 시간을 길게 하면 평균 힘은 작아진다. 에어백은 탑승자와 부딪히는 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘을 줄이는 장치이다.
{정답 찾기}
① 에어백이 충돌 시간을 길게 하여 평균 힘을 줄인다는 설명은 옳다. (O)
② 에어백은 충돌 시간을 오히려 길게 하여 평균 힘을 줄이는 장치이다. (X)
③ 충격량은 운동량의 변화량과 같아 안전벨트 사용 여부와 관계없이 일정하다. (X)
④ 충격량의 크기는 운동량 변화량으로 정해지며 충돌 시간과는 무관하게 일정하다. (X)
⑤ 운동량 변화량은 충돌 전후 속도 변화로 정해지며 에어백 사용과 무관하게 일정하다. (X)
따라서 정답은 ①이다.

[최종 정답]
정답은 1번 「에어백은 충돌 시 탑승자와 자동차 내부 사이의 충돌 시간을 길게 하여 탑승자가 받는 평균 힘을 줄인다.」이다.

안전장치의 원리, 자동차의 안전장치
{유형 분석}
이 문항은 자동차 안전장치가 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄이는 원리를 이해하고 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
동일한 충격량이 작용할 때 충돌 시간이 길어지면 평균 힘의 크기는 작아진다($F=\frac{\Delta p}{\Delta t}$). 에어백, 안전띠, 범퍼와 같은 안전장치는 모두 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 충격력을 줄이는 방식으로 작동한다.
{정답 찾기}
① 에어백은 충돌 시 충돌 시간을 길게 하여 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄여준다. (O)
② 안전장치들은 모두 동일한 충격량을 받을 때 충돌 시간을 짧게 하여 탑승자를 보호한다. (X, 안전장치는 충돌 시간을 오히려 길게 하여 평균 힘의 크기를 줄이는 방식으로 탑승자를 보호한다.)
③ 안전띠는 충돌 시 탑승자가 관성에 의해 앞으로 튕겨 나가는 것을 막아준다. (O)
④ 자동차의 범퍼는 충돌 시 찌그러지면서 충돌 시간을 늘려 충격력을 줄이는 역할을 한다. (O)
⑤ 충돌 시 탑승자가 받는 충격량의 크기는 충돌 전후 운동량 변화량의 크기와 같다. (O)
{오답 피하기}
안전장치의 공통 원리는 '충돌 시간을 길게 하여 평균 힘을 줄이는 것'이며, '충돌 시간을 짧게 한다'는 서술은 충격량-운동량 정리의 원리와 반대되는 오답임에 유의해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「안전장치들은 모두 동일한 충격량을 받을 때 충돌 시간을 짧게 하여 탑승자를 보호한다.」이다.

자동차의 안전장치
{유형 분석}
충격량과 충돌 시간, 평균 힘의 관계를 이용하여 에어백과 같은 안전장치의 충격 흡수 원리를 이해하는 문항이다.
{자료 분석}
충격량(운동량의 변화량)이 같을 때, 평균 힘의 크기는 충돌 시간에 반비례한다($\overline{F}=\frac{I}{\Delta t}$). 에어백을 사용한 A는 충돌 시간을 길게 하여 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄여준다.
{정답 찾기}
ㄱ. 두 경우 모두 운동량 변화량의 크기가 같으므로 충격량의 크기도 같다. (O)
ㄴ. 에어백을 사용한 A에서 충돌(힘이 작용한) 시간이 더 길다. (O)
ㄷ. 충격량이 같을 때 시간이 긴 A에서 평균 힘의 크기가 더 작다. (X)
{오답 피하기}
에어백은 충격량 자체를 줄이는 장치가 아니라, 충돌 시간을 늘려 탑승자가 받는 평균 힘의 크기를 줄여주는 안전장치라는 점을 정확히 이해해야 한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「ㄱ, ㄴ」이다.