Herald-Lab

질량중심(center of mass): 질점계의 모든 질량이 모인 곳(위치) 부피를 갖는 물체의 운동 묘사는 복잡하므로, 이를 단순화 시키기 위해 도입한 관념적 존재 ⇒ 질량 중심은 상황에 따라 물체가 차지한 공간의 밖에 위치할 수도 있음 힘에 의한 시스템 전체의 움직임은 계의 '질량 중심'에만 알짜힘이 작용한 효과와 같다. 고전역학에서 전체 계(a whole body of the system)는 마치 알짜 외력이 질량 중심인 단일 입자(a single particle of the system)에만 작용한 것처럼 움직인다. ⇒ 역학에서 입자모형을 사용하는 본질적인 이유 계의 질량중심 위치는 계의 질량평균위치(average position of the system's mass)이다. ​ 「The cente..

선팽창 Linear Expansion 선팽창(linear expansion): 섭씨 100도씨 변화 내에서, 온도 변화가 그리 크지 않으면 ‘증가한 길이’는 늘어난 온도에 비례한다. 물리량 ΔT: 온도 변화량 ⇒ 섭씨 온도와 켈빈 온도의 온도차 간격은 모두 동일하기 때문에 어느 것을 써도 상관없다. L_0: 물체의 초기 길이(original length) ​ 선팽창 ■ 물리량 ΔL: 늘어난 길이 L_0: 초기 길이 α: 선팽창계수(coefficient of linear expansion) ⇒ 물질의 열팽창에 대한 성질(a material property that varies slightly with temperature)을 기술하는 계수로 물질마다 그 값이 다르다[표 1]. 선팽창계수의 단위는 [K^-1..

온도와 함께 변하는 물리량 열적 현상의 정량적 수치인 온도는 다음과 같이 정의한다. ​ 온도(temperature): 온도 눈금에 근거한 뜨거움 혹은 차가움의 척도(scale)[그림 1] 감각 정의: 인간이 뜨겁거나 차갑다고 느끼는 감각(sensation) 영역과 직접적으로 연관된 상대적 척도 상태 정의: 계와 환경이 서로 열평형을 이룬 '상태'에서의 척도값 에너지 정의: 물체를 구성하는 입자들의 미시적 활동의 종합적 영향을 나타낸 내부에너지(internal energy) 값 단위: 켈빈(K, SI 단위) 실생활 단위: 섭씨온도, 화씨온도 기호: T(Temperature) ​ 온도는 온도계를 이용하여 측정되며, 현재는 매우 다양한 도구[그림 2]가 활용되고 있다. 열적 현상은 온도의 변화를 반드시 수반하..

열역학의 탐구 대상 Topics of Thermodynamics 열역학(thermodynamics): 거시적 계(system)에서 발생하는 에너지, 열, 그리고 일을 다루는 물리학의 한 분야 어원: 그리스어 therme(열) + dynamics(동력, 변화) 열역학 분야가 정립됨에 따라, 이후에는 엔트로피(entropy)와 과정의 자발성(spontaneous process)까지 포함하기도 한다. 열역학의 탐구 대상: 열, 일, 에너지, 온도, 엔트로피, 물질의 물리적 성질(physical properties of matter) 등 열역학의 탐구 대상은 열역학 법칙(laws of thermodynamics)의 지배를 받으며, 이를 통해 양적인 표현(quantitative description)이 가능하다...

유체역학 Fluid Mechanics 유체역학(fluid mechanics): 액체, 기체, 플라즈마와 같은 유체의 운동 및 힘의 관계를 다루는 역학의 한 분야 cf. 강체역학 ​ 물질의 분류 물질의 종류를 구분[그림 1]하는 한 가지 방법으로 물질에 외력(external force)을 작용해 형태를 변화시키는 데 소요되는 시간을 측정하는 것이 있다. 강체(rigid body): 외력이 작용해도 부피나 밀도에 거의 변화가 없는 물질 ⇒ 일반적으로 고체(solid)는 강체로 분류된다. cf. 열기에 의해 녹아내리는 아스팔트 유체(fluid body): 약한 응집력(cohesiveness)과 용기 벽이 작용하는 힘에 의해 결합된 무질서한 분자들의 집합 ⇒ 일반적으로 액체와 기체가 유체로 분류된다. 유체역학에..

번개 Lightning 번개: 구름에 축전된 전하가 매우 짧은 시간 내에 대지로 흘러가는 현상, 구름-구름 간 또는 구름-지표면 간 공중 전기의 방전에 의해 일어난 불꽃 낙뢰(lightning strike): 대지방전, 구름-지표면 간에 발생한 번개로 현대 사회에서는 주로 건물 옥상의 피뢰침 또는 나무 등에 떨어진다. 1회 낙뢰의 물리량: 약 10억볼트 이상의 전압, 5만 암페어 전류, 낙뢰가 떨어진 곳의 순간 표면 온도는 최대 28,000도에 달함 ​ 형성과정 대기 이온화로 인한 전기장 형성 우주선(cosmic ray)과 방사성 붕괴는 대기 이온화의 주요한 요인이다. 뮤 중간자의 전자 붕괴, 감마선의 공기분자 이온화 등으로 인해, 대기는 이온화(ionization)[그림 1]된다. 구분된 양전하, 음전..

전위 공식의 유도 Derivation of EP 전위(electric potential): EP, 전기장 내에서 단위전하가 갖는 위치에너지로, 스칼라량이다. 단위: [V](볼트, volt) 계산의 편의를 위해 지표면의 전위를 0V로 잡는다. 의미: 전기장 내의 기준점으로부터 어떤 지점까지 단위 전하를 옮기는 데 필요한 에너지의 양 ​ 전위의 의미를 쉽게 이해하기 위해 중력장에서 물체를 옮기는 경우를 떠올려보자. [그림 1]과 같이 물체를 a에서 b로 이동시킬 때, 중력은 보존력이므로 보존력이 한 일은 다음과 같이 쓴다. U_i: 초기 위치에서의 퍼텐셜 에너지 U_f: 최종 위치에서의 퍼텐셜 에너지 ​ 쿨롱의 법칙으로 기술되는 전기력 역시 보존력으로 위의 식을 만족한다. 그리고 x축을 기준으로 보존력이 한..

대기권 Atmosphere 우리가 사는 지구의 지표면과 대기 사이에는 일종의 전기장(대기 전기장, 지구 전기장)이 형성되어 있다. ⇒ 우주선(cosmic ray)으로 기인한 것에서부터 지표면의 방사능 물질의 붕괴, 그리고 번개 등이 지표면과 대기 전기장의 주요 원인이다. 전하의 출입과정에서 지표면에는 약 5×10^5 쿨롱의 음전하가 퍼지게 된다. cf. 대기를 포함한 경우 지구는 중성을 이루는데, 지표면에 존재하는 음전하의 양만큼 대응하는 양전하가 대기 중에 분포되어있다. 대기의 여러 기체는 중력에 의해 붙잡혀 있으며, 대기권의 두께 및 구성은 천체의 위치, 공자전주기 등의 다양한 영향을 받는다. 지구의 대기권[그림 1]은 층상 구조는 크게 다섯 개로 구분되며, 각각의 특징은 아래와 같다. 대류권(tro..

전하 분포에 따른 가우스 법칙 Applications to Charge Distributions 가우스 면의 설정에 따라 가우스의 법칙은 다양한 결과 식을 갖는다. 주어진 대칭성에 의해 전기장의 크기가 일정한 크기의 상수가 되는 경우 전기장의 방향과 면 법선의 방향이 평행하는 경우, 스칼라곱은 EA이다. ⇒ cos0=1 전기장의 방향과 면 법선의 방향이 수직하는 경우, 스칼라곱은 0이다. ⇒ cos90=0 전기장이 가우스면 상에서 0이 되는 경우 ​ 가우스 법칙으로 표현한 일정한 크기의 전기장 ■ 도체 구 전하분포 도체 구 전하분포의 전기장을 가우스 법칙으로 계산해보자. ​ 구 외부, 한 점에서의 전기장 크기[그림 2] ■ 물리량 Q: 가우스면에 속한 구체의 전하로 (부피전하밀도)x(부피)의 식을 만족한..

연속전하분포 Continuous Charge Distribution 연속전하분포(continuous charge distribution): 수많은 전하 사이의 거리가 전기장을 구하고자 하는 점(P)까지의 거리에 비해 매우 가까운 경우의 연속적인 전하체 Δq: 전하체의 작은 전하요소(미소전하요소, charge element) ​ 미소전하요소에 의한 전기장 미소전하요소가 모인 전하체의 총 전기장은 시그마 기호(∑)를 이용해 다음과 같이 표현할 수 있다. ​ 전하체의 전체 전기장 전하분포가 연속적이므로 Δq_i→0인 극한에서 P의 전기장은 다음과 같이 계산된다. 연속전하분포의 전기장 ■ 의미: 연속전하분포의 총 전기장으로, 적분구간은 전체 전하분포영역이다. ​ 전하는 (1)선, (2)면 및 (3)부피에 분포할..