그림처럼 지수와 준서가 쇼핑카트를 같은 방향(오른쪽)으로 각각 8 N, 5 N의 힘으로 밀고 있다. 이 카트에 작용하는 합력의 크기와 방향으로 옳은 것은?
①오른쪽으로 3 N
②왼쪽으로 3 N
③오른쪽으로 13 N
④왼쪽으로 13 N
⑤오른쪽으로 40 N
정답·해설 보기
정답: ③번
🎯 정답: 3번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 지수와 준서 모두 카트를 같은 방향(오른쪽)으로 밀고 있어요. 2️⃣ 같은 방향으로 작용하는 두 힘의 합력은 두 힘의 크기를 그대로 더하면 됩니다: 8N + 5N = 13N. 3️⃣ 합력의 방향은 두 힘과 같은 방향이므로 오른쪽이 됩니다. 따라서 합력은 오른쪽으로 13N이에요.
❌ 오답 노트 두 힘을 빼는 것(3N)은 반대 방향으로 작용할 때의 계산법이에요. 이 문제는 같은 방향이므로 더해야 합니다. 힘을 곱하는 것(40N)은 전혀 잘못된 계산이에요.
💡 핵심 개념 정리 같은 방향(나란한 방향)으로 작용하는 두 힘의 합력 크기는 두 힘의 크기의 합이고, 방향은 두 힘과 동일해요!
🌟 실생활 속 과학 무거운 짐수레를 옮길 때 여러 사람이 같은 방향으로 힘을 모아 밀면 혼자 밀 때보다 훨씬 쉽게 움직일 수 있는 이유가 바로 이 원리예요.
2.난이도 보통
물체에 작용하는 여러 힘이 평형을 이룰 때(합력, 즉 알짜힘이 0일 때) 물체의 운동 상태에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
①정지해 있던 물체는 반드시 움직이기 시작한다.
②운동하던 물체는 반드시 정지한다.
③정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 계속 같은 빠르기로 일직선으로 운동한다.
④물체의 운동 방향이 저절로 계속 바뀐다.
⑤물체의 속력이 점점 빨라진다.
정답·해설 보기
정답: ③번
🎯 정답: 3번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 힘이 평형을 이룬다는 것은 물체에 작용하는 모든 힘의 합력(알짜힘)이 0이라는 뜻이에요. 2️⃣ 알짜힘이 0이면 물체의 운동 상태(빠르기와 방향)를 바꾸는 원인이 없다는 뜻이에요. 3️⃣ 그래서 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 이미 움직이고 있던 물체는 속력과 방향이 변하지 않아 계속 같은 빠르기로 일직선 방향(등속 직선 운동)으로 움직여요!
❌ 오답 노트 1번, 2번, 4번, 5번은 모두 힘의 평형 상태에서는 일어날 수 없는 변화예요. 힘의 평형 = 운동 상태가 그대로 유지되는 것이지, 갑자기 움직이거나 멈추거나 속력이 변하는 게 아니에요.
💡 핵심 개념 정리 ✅ 합력(알짜힘) = 0 → 힘의 평형 상태 ✅ 힘의 평형 상태에서는 운동 상태(속력·방향)가 변하지 않음 ✅ 정지 → 계속 정지 / 운동 중 → 계속 등속 직선 운동
🌟 실생활 속 과학 책상 위에 가만히 놓인 책은 중력과 책상이 받치는 힘(수직항력)이 평형을 이루고 있어서 계속 그 자리에 멈춰 있는 거예요! 📖
3.난이도 보통
다음 중 물체에 작용하는 힘이 평형을 이루고 있는 경우로 옳은 것을 모두 고른 것은?
㉠ 책상 위에 가만히 놓여 있는 컵 ㉡ 하늘에서 떨어지고 있는 사과(자유 낙하) ㉢ 신호대기 중 정지선에 멈춰 서 있는 자동차 ㉣ 출발하려고 가속 중인 버스 안의 승객 ㉤ 곧은 도로를 일정한 빠르기로 직선 운동하는 자동차
①㉠, ㉢
②㉠, ㉢, ㉤
③㉡, ㉣
④㉠, ㉡, ㉢
⑤㉢, ㉣, ㉤
정답·해설 보기
정답: ②번
🎯 정답: 2번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ ㉠ 책상 위에 가만히 놓인 컵: 중력과 책상이 떠받치는 힘(수직항력)이 크기가 같고 방향이 반대이며 한 직선 위에 있어 합력이 0 → 평형 ✅ 2️⃣ ㉢ 정지선에 멈춘 자동차: 속력이 0으로 일정(변화 없음) → 합력 0 → 평형 ✅ 3️⃣ ㉤ 도로를 일정한 빠르기로 달리는 자동차: 속력과 방향이 변하지 않는 등속 직선 운동 → 합력 0 → 평형 ✅
❌ 오답 노트 ㉡ 자유 낙하하는 사과는 중력만 작용해 점점 빨라지므로(속력 변화) 합력이 0이 아니에요. ㉣ 가속 중인 버스 안 승객도 속력이 변하고 있으므로 평형이 아니에요.
💡 핵심 개념 정리 힘의 평형은 정지 상태뿐 아니라 등속 직선 운동도 포함해요! 속력과 방향이 둘 다 변하지 않으면 합력(알짜힘)은 0입니다.
🌟 실생활 속 과학 엘리베이터가 일정한 빠르기로 움직일 때, 안에 있는 사람도 힘의 평형 상태예요. 그래서 몸이 눌리는 느낌 없이 편안하게 서 있을 수 있답니다!
4.난이도 어려움
빙판 위에서 컬링 스톤이 마찰을 거의 받지 않으며 일정한 빠르기로 곧게 미끄러지고 있다. 이 컬링 스톤에 작용하는 힘에 대한 설명으로 가장 옳은 것은? (단, 스톤이 던져진 후에는 선수가 스톤을 더 이상 밀지 않는다.)
①스톤을 앞으로 미는 힘이 계속 작용하고 있다.
②스톤에 작용하는 모든 힘의 합력(알짜힘)은 0이다.
③스톤은 힘을 전혀 받지 않는 상태이다.
④스톤에는 진행 방향과 반대 방향으로 점점 커지는 힘이 작용한다.
⑤스톤의 무게가 0이 되었기 때문에 계속 미끄러진다.
정답·해설 보기
정답: ②번
🎯 정답: 2번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 컬링 스톤은 던져진 후 선수가 더 이상 밀지 않으므로 스톤을 앞으로 미는 힘은 없어요. 2️⃣ 얼음판은 마찰이 거의 없어서 진행을 방해하는 힘도 거의 작용하지 않아요. 3️⃣ 스톤이 일정한 빠르기로 곧게(등속 직선 운동) 미끄러지고 있다는 것은, 스톤에 작용하는 모든 힘의 합력(알짜힘)이 0이라는 뜻이에요. (중력과 얼음이 떠받치는 힘은 서로 평형을 이루고, 수평 방향으로는 힘이 거의 작용하지 않아요.)
❌ 오답 노트 힘이 전혀 없다는 것(3번)은 틀려요. 중력과 수직항력처럼 여전히 힘은 작용하고 있지만, 그 합이 0인 것뿐이에요. 무게가 0이 된다는 것(5번)도 과학적으로 옳지 않아요.
💡 핵심 개념 정리 물체가 등속 직선 운동을 하고 있다면, 그 물체에는 힘이 없는 것이 아니라 합력이 0인 평형 상태에 있는 것입니다.
🌟 실생활 속 과학 우주선이 우주 공간에서 엔진을 끄고도 일정한 속도로 계속 나아가는 것도 같은 원리예요. 저항이 없으면 합력이 0인 채로 등속 운동이 계속되죠.
5.난이도 어려움
몸무게가 500 N인 사람이 엘리베이터 안에 있는 체중계 위에 올라서 있다. 엘리베이터가 (가) 정지해 있을 때, (나) 일정한 빠르기로 위로 올라갈 때, (다) 일정한 빠르기로 아래로 내려갈 때 각각 체중계에 나타나는 눈금(사람에게 작용하는 수직항력의 크기)을 옳게 비교한 것은?
①(가) = (나) = (다) = 500 N
②(가) < (나) < (다)
③(가) > (나) > (다)
④(나)에서만 500 N보다 크고, 나머지는 500 N보다 작다.
⑤(다)에서는 눈금이 0 N이 된다.
정답·해설 보기
정답: ①번
🎯 정답: 1번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ (가) 엘리베이터가 정지해 있을 때: 사람에게는 중력(아래로 500N)과 체중계가 떠받치는 힘(수직항력)이 작용하고, 정지 상태이므로 두 힘이 평형을 이뤄 수직항력 = 500N이에요. 2️⃣ (나) 일정한 빠르기로 위로 올라갈 때: 속력이 일정(등속)하므로 이때도 합력은 0이에요. 따라서 수직항력은 여전히 500N이에요. 3️⃣ (다) 일정한 빠르기로 아래로 내려갈 때도 마찬가지로 등속 운동이므로 합력은 0, 수직항력은 500N이에요. 즉 움직이는 방향과 관계없이 등속이기만 하면 평형 상태이므로 세 경우 모두 눈금은 같습니다.
❌ 오답 노트 엘리베이터가 위로 올라가면 눈금이 커지고 내려가면 작아진다고 생각하기 쉽지만, 그것은 속력이 변할 때(가속할 때)에만 해당돼요. 이 문제처럼 일정한 빠르기로 움직일 때는 정지해 있을 때와 눈금이 같습니다.
💡 핵심 개념 정리 힘의 평형은 물체가 정지해 있을 때뿐 아니라, 속력과 방향이 일정한 등속 운동을 할 때도 성립합니다. 움직이는 방향(위/아래)은 평형 여부와 관계없어요!
🌟 실생활 속 과학 엘리베이터가 출발하거나 멈추는 순간(가속하는 순간)에는 몸이 눌리거나 붕 뜨는 느낌이 들지만, 일정한 빠르기로 움직이는 동안에는 정지해 있을 때와 똑같이 편안하게 느껴지는 이유가 바로 이거예요.