일회용 종이컵이 반지름 5 cm, 높이 15 cm인 직원뿔 모양이고, 물이 가득 채워져 있습니다. 빨대로 원뿔 안의 물을 모두 빨아올릴 때 한 일은 얼마인지 구하세요.

물 1 m 의 질량은 1000 킬로그램이고, 중력 가속도는 m/sec 이며, 물은 컵의 맨 위까지만 올라가고 그보다 더 높이 올라가지는 않는다고 가정해도 됩니다.
영어 원문 보기
A disposable paper cup has the shape of a right circular cone with radius 5 cm and height 15 cm, and is completely filled with water. How much work is done sucking all the water out of the cone with a straw?

You may assume that 1 m of water has mass 1000 kilograms, the acceleration due to gravity is m/sec, and that the water moves as high up as the very top of the cup and no higher.
정답·풀이 보기
수평인 얇은 물층 하나를 빨아올리는 경우를 생각하자. 물이 원뿔의 바닥에서 미터 높이에 있으면, 미터만큼 끌어올려야 한다. 따라서 그 질량이 kg 이면 그 물층에 작용하는 중력은 N 이고, 이를 원뿔의 맨 위까지 빨아올리는 데 드는 일은 J 이다. 그러므로 구해야 할 것은 원뿔의 바닥에서 미터 높이에 있는 물층의 질량이다.


원뿔의 수평 단면은 원이다. 그 반지름을 구하기 위해 닮은 삼각형을 이용하면 이므로 이다. 따라서 원뿔의 바닥에서 미터 높이에 있는 단면의 넓이는 m 이다. 이 물층의 높이가 이면 부피는 m 이고, 질량은 kg 이다.
이제 컵의 바닥에서 미터 높이에 있는 물층을 빨아올리는 데 드는 일은 J 임을 알았다. 따라서 물을 모두 마시는 데 드는 일은 다음과 같다.
물을 마시는 데에도 일이 필요하다. 삶은 고단하다.
원본 교재 풀이(영어)
Let's consider sucking up a flat, horizontal layer of water. If the water is metres above bottom of the cone, then it needs to be raised metres. So, if its mass is kg, then the force of gravity acting on it is N and the work involved in slurping it to the top of the cone is J. So, what we need to find is the mass of a layer of water metres from the bottom of the cone.


A horizontal cross-section of the cone is a circle. To find its radius, we use similar triangles: , so . Therefore, the area of the cross-section of the cone metres above its bottom is m. If this layer has height , then its volume is m, and its mass is kg.
Now, we know that the work to suck up the layer of water metres from the bottom of the cup is J. So, the work involved in drinking all the water is:
Even drinking water takes work. Life is hard.






