마찰열에 대하여

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 마찰열

 

1). 물체를 마찰하면 그 물체에는 어떤 현상이 나타나는가?

 

▶답 : ① 열이 발생한다. ② 정전기가 발생한다.

 

2). 특히 고속으로 움직이는 비행기는 공기나 지면과의 마찰이 매우 크다. 이러한 비행기에서의 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

 

▶답 : 비행기에서 발생하는 대부분의 열은 복사열 방출 혹은 공냉식으로 발산된다. 그러나 고압의 정전기는 이로 인한 불꽃방전이 생기지 않도록 하기 위하여 타이어를 만들 때 전기가 통하는 특수 고무를 사용하여 지면에 닿는 순간 땅으로 방전시킨다.

 

3). 인류가 최초로 달에 착륙하기 전, 미 항공우주국(NASA)의 여러 과학자들은 달표면 바로 위에 떠있는 먼지층에 의해 달 착륙선이 휘말려들 가능성에 관해 우려를 표시했었다. 대전 된 먼지 또는 전자들이 떠 있을 수 있는 (달로부터의) 특별한 거리가 있을 수 있는가? 예컨대 달이 음전하를 띠고 있다고 가정해 보면 달 가까이에 있는 전자들은 달로부터 밀치는 힘을 받게 될 것이다. 그러나 달의 중력은 이 전자들을 끌어당긴다. 달 표면으로부터 1km상고에 있는 전자에 작용하는 인력과 척력이 완전히 균형을 이루어 전자가 떠 있다고 가정하자. 이번에는 같은 전자가 달로부터 2km 위에 있다고 가정해 보자. 이렇게 먼 거리에서는

 

a) 중력이 정전기력보다 강해서 전자는 떨어질 것이다.

b) 중력이 정전기력보다 약하기 때문에 전자는 우주 공간 밖으로 밀려 날아간다.

c) 중력과 정전기력이 역시 균형을 이루어 전자는 계속 떠 있을 것이다.

 

 

▶답 : ① 전기력과 중력이 균형을 이루는 특정한 거리는 있을 수 없다. 어째서? 만약 전기력과 중력이 달에서 어떤 특정한 거리만큼 떨어진 곳에서 균형을 이루었다면, 거리를 두배로 증가시켜도 두 힘은 같은 비율로 감소되어 여전히 균형을 이룰 것이다. 만약 정전하에 의해 먼지가 달표면으로부터 1인치 상공에 떠 있었다면 먼지는 어느 높이에서나 떠 있을 수 있으며 결국엔 달에서 벗어나서 떠 있게 된다. 사실, 물체를 정전기력이나 중력 또는 자기력들의 어떤 결합에 의해 공중에 뜨게 하는 것은 불가능하다. 왜냐하면 이들 힘은 모두 역제곱 법칙을 따르기 때문이다.

 

4). A4용지를 접어서 종이컵을 만들고(코팅되지 않은 종이컵) 빨래집게로 고정한 후 스탠드에 설치하고 물을 부은 다음 알코올램프( 양초)로 가열하면 물을 끓일 수 있을까?

▶답 : 끓일 수 있다. 모든 열은 물먹은 종이를 통하여 종이컵속으로 전달되기 때문이다.

 

5). 대장간에서 대장장이가 쇠망치로 쇠를 두드려 낫을 만드는 과정에서 에너지가 어떻게 변환되는지 그 에너지의 흐름을 토의해보자. 음식물(화학에너지)부터 시작

▶답 : 음식(화학E) →근육(운동E) → 망치(열E, 소리E, 빛E) →쇠

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