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대학물리61

[Oscillation] 1차원에서의 훅의 법칙(Hooke's Law)과 조화 단진자 (Harmonic Simple Oscillation) 우리가 배우는 물리에서는 보존장이 크게 3가지로 있습니다. 중력장, 전기장 그리고 용수철 진자운동입니다. 그렇기 때문에 Oscillation이라고 따로 학문이 존재하는데 이는 광학을 배울 때도 많이 중요한 개념으로 작용합니다. 오늘부터 포스팅할 오실레이션은 먼저 1차원에서부터 시작하도록 하겠습니다. ▶ 훅의 법칙 훅의 법칙은 1차원으로 표현했을 때, F(x)=-kx라는 공식을 가집니다. 여기서 x는 델타를 붙여주면 좀 더 정확하구요. Δx는 거리의 변화량을 뜻하고 k는 용수철 상수라고 알려져있습니다. 이 k가 정확히 어떻게 나왔는지 한번 보도록 하겠습니다. 용수철 운동에서의 평형점은 원점이라고 가정하겠습니다. 그러면 1차원에서는 x=0인 곳이 평형점이 되겠죠? 훅의 법칙에서 음수가 붙은 이유는 우리가 가.. 2020. 4. 19.
[수리물리학] 크로네커 델타 & 레비치비타 텐서 (Cronecker Delta & Levi-Civita Tensor) ▶ 크로네커 델타 (Cronecker Delta) 크로네커 델타는 다음의 정의를 가집니다. i성분과 j성분이 같으면 1, 아니면 0으로 이를 33행렬식으로 표현했을 때, 위와 같이 단위행렬의 모습을 띠고 있음을 보여줍니다. 크로네커 델타에 대한 또 다른 성질로는 두 성분의 위치가 바껴도 같은 값을 가진다는 것입니다. 예를 들면 δ_ij에서 행렬의 위치를 (1,1) (1,2) (1,3) (2,1) (2,2) (2,3) (3,1) (3,2) (3,3)로 나타내었을 때, (1,2)=(2,1)라는 예시와 같이 같은 값을 가짐을 알 수 있습니다. 즉, 전치행렬과 기존의 행렬이 같다는 것을 의미합니다. 한가지 더 특징이 있습니다. 이 크로네커델타에다가 벡터성분을 곱해주면 다음과 같은 성질을 가집니다. 이러한 값을 .. 2020. 4. 17.
[고전역학] 유체의 종단속도 (공기마찰저항계수) & 총알속도 문제 풀이 오랜만에 고전역학 포스팅하네요! 어쨌든 오늘할 것은 유체의 종단속도에 대한 내용입니다. 우리가 스카이다이빙을 한다고 생각합시다. 저는 해본적은 없지만 아래로 낙하를 할 때, 우리는 '맞바람'같은 것을 느낄겁니다. 이게 우리가 낙하하면서 공기와 마찰이 일어나면서 느끼는 현상인데요. 이를 유체에 의한 마찰계수 'k'를 이용하여 표현할 수 있습니다. ▶ 유체의 종단속도 - 일단 마찰력을 고려했을 때의 힘 F는 중력의 힘을 받고 떨어지는 mg의 값과 이것과 반대방향으로 작용하는 힘(마찰력)인 f의 합일 것입니다. 근데 우리가 지표면에서의 마찰은 정지마찰계수 / 운동마찰계수라고 따로 존재하잖아요? 근데 공기 중에서의 마찰은 다른 마찰계수를 씁니다. 그게 아까 위에서 적은 k가 됩니다. 그러면 이제 이 마찰계수를 .. 2020. 4. 11.
[열역학] 등적비열과 등압비열 & 뒬롱 프티의 법칙(Dulong, Petit's law) & 잠열 (Latent heat) / 엔탈피 (Enthalpy) ▶ 등적비열 - 등적 비열은 부피가 일정한 상태에서의 비열을 의미합니다. 이를 열역학 제 1법칙에 적용해볼까요? ΔU=Q+W에서 W는 -PΔV와 같음을 알고 있습니다. 근데 부피가 일정하다? 이는 부피 변화량이 0임을 의미하므로, W=0인 상태임을 알 수 있습니다. 따라서, ΔU=Q상태임을 알 수 있습니다. 한편, 열에너지 Q를 온도의 변화량 ΔT로 나눈 값은 열용량 C로 표현할수 있습니다. 따라서 위 공식처럼 표현이 가능합니다. 저것을 등적비열 (=등적몰비열)이라고 합니다. 헷갈리지 마셔야할 것이 있습니다. Q/ΔT는 비열이 아니라 열용량에 대한 공식인데 왜 이름에 비열이 포함되는가? 등적비열을 등적몰비열이라고도 부르는데요. 비열은 아시다시피 1몰에 대한 질량이 아니라 1g에 대한 질량입니다. 열용량은.. 2020. 4. 7.
[전자기학] 연속적인 전하분포에서의 전위(퍼텐셜) 값 구하기 (막대 전하, 고리, 원판) ▶ 막대 전하에서의 전위 값 구하기 자, 전위 값은 우리가 알다시피, 전기장을 거리에 대한 적분을 시킨 값에다가 음수를 붙여주면 되었습니다. 또는 미분으로 표현하면 E=-∇V로 둘 수 있습니다. 그러면 복습해볼겸 위 그림 상에서의 전기장 값을 구해보도록 합시다. 자, 전기장 구하는 법 어느정도 파악 되시죠? 이제는 간단합니다. 여기서 z에 대한 적분만 해주면 되요. 왜냐? 방향 성분이 z 하나니까요! 그러면 다음과 같이 나오게 됩니다. ▶ 고리 전하에서의 전위 값 구하기 - 고리 전하는 연속적인 전하 분포 밀도 중에서 선 전하밀도를 이용하여 풀어보는 것으로 하겠습니다. 자, 고리 전하가 가지는 반지름은 a, 그리고 P점까지 떨어진 거리를 x라고 하겠습니다. 길이 전하를 이용하기 위해선 dq=람다*dl 이.. 2020. 4. 5.
[전자기학] 전기 퍼텐셜 에너지 & 전기 퍼텐셜(전위) / 길이가 무한한 도선에서의 전위 값 구하기 ▶전기 퍼텐셜 에너지 - 우리가 고등학교 때 물리를 공부할 때면, 퍼텐셜 에너지 대신 위치에너지라는 용어를 많이 썼습니다. 사실, 이 위치에너지는 틀린 말입니다. 퍼텐셜 에너지가 무엇인지 먼저 설명해드리고자 합니다. 퍼텐셜 에너지는 크게 3가지가 있습니다. 중력, 전기장, 용수철. 여기서 가장 친숙한 중력 퍼텐셜 에너지에 대해 잠깐 설명해보겠습니다. 우리는 모두 중력의 영향을 받고있습니다. 뉴턴의 사과처럼요. 나무에 매달려있던 사과는 중력에 의해 지표면으로 떨어집니다. 근데 우리는 이 떨어진 사과가 아까워서 다시 나무 위에 올려다두었습니다. 이 때, 높이 h만큼 사과의 무게 mg를 들어올렸습니다. 즉, 중력에 반하는 에너지 크기만큼 우리가 '일을 해주었습니다.' 전기 퍼텐셜 에너지도 마찬가지입니다. +에.. 2020. 4. 4.