이 절에서는 지구에서 떨어지는 물체와 관련된 여러 문제를 낸다. 달리 언급하지 않는 한, 공기 중에서 떨어지는 물체의 중력 가속도는 초당 초당 9.8미터(9.8 m/s²)라고 가정하세요.
당신은 2미터 떨어진 곳에 서 있는 친구에게 열쇠를 던집니다. 열쇠는 처음에 초속 2미터로 친구를 향해 움직이지만, 초당 초당 0.25미터의 비율로 느려집니다. 친구가 열쇠를 받으려고 반응할 수 있는 시간은 얼마인지 구하세요. 즉, 열쇠가 친구에게 닿기까지 날아가는 시간은 얼마인지 구하세요.
영어 원문 보기
For this section, we will ask you a number of questions that have to do with objects falling on Earth. Unless otherwise stated, you should assume that an object falling through the air has an acceleration due to gravity of 9.8 meters per second per second.
You toss a key to your friend, standing two metres away. The keys initially move towards your friend at 2 metres per second, but slow at a rate of 0.25 metres per second per second. How much time does your friend have to react to catch the keys? That is–how long are the keys flying before they reach your friend?
정답·풀이 보기
를 열쇠가 손을 떠난 뒤 이동한 거리라고 하자. 열쇠가 움직이는 속력 는 초당 0.25미터씩 감소한다. 즉, 이다. 따라서 어떤 상수 에 대해 이다. 이므로 이다. 그러면 는 를 도함수로 가지므로, 어떤 상수 에 대해 이다. 시각 에서 열쇠는 아직 어디로도 움직이지 않았으므로 이다. 따라서 이다.
열쇠가 친구에게 닿는 때는 이고 일 때이다. 즉:
이 의 값 중 어느 것이 실제로 열쇠가 친구에게 닿는 시각인지 가려내야 한다. 열쇠는 부터 친구에게 닿는 시각까지 이렇게 움직인다. (그 뒤에는 가 열쇠의 움직임을 나타내지 않는다.) 그러므로 를 만족하는 양수 중 처음 값을 찾아야 한다. 이므로 이 값이 이고 인 첫 번째 시각이다. 따라서 열쇠가 친구에게 닿기까지 걸리는 시간은 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Let be the distance your keys have travelled since they left your hand. The rate at which they are travelling, , is decreasing by 0.25 metres per second. That is, . Therefore, for some constant . Since , we see Then has as its derivative, so for some constant . At time , the keys have not yet gone anywhere, so . Therefore,
The keys reach your friend when and . That is:
We need to figure out which of these values of is really the time when the keys reach your friend. The keys travel this way from to the time they reach your friend. (Then no longer describes their motion.) So, we need to find the first value of that is positive with . Since , this is the first time and . So, the keys take to reach your friend.