공중으로 수직으로 던져 올린 공의 속도는 로 주어진다. 여기서 는 초당 피트로, 는 초로 측정한다. 공은 부터 까지 공중에 떠 있다.
(a) 공의 속도가 가장 큰 때는 언제인지 구하세요. (b) 의 값을 구하세요. 그렇게 생각한 근거를 설명하세요. (c) 의 값의 단위는 무엇인지 구하세요. 이 값과 그에 해당하는 단위는 시각 에서 공의 움직임에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요. (d) 함수 의 물리적 의미는 무엇인지 설명하세요.
영어 원문 보기
The velocity of a ball that has been tossed vertically in the air is given by , where is measured in feet per second, and is measured in seconds. The ball is in the air from until .
(a) When is the ball's velocity greatest? (b) Determine the value of . Justify your thinking. (c) What are the units on the value of ? What does this value and the corresponding units tell you about the behavior of the ball at time ? (d) What is the physical meaning of the function ?
정답·풀이 보기
(a) 는 기울기가 음수인 인 일차함수이므로 감소함수이다. 이 함수를 부터 까지 살펴보므로, 속도는 왼쪽 끝점인 일 때 가장 크다. 이때의 가장 큰 속도는 피트/초이다. (b) 는 일차함수이므로 기울기가 상수이고, 따라서 이 함수의 모든 접선의 기울기는 함수가 나타내는 직선의 기울기와 같다. 그러므로 이다. (c) 는 초당 피트로, 는 초로 측정하므로 의 단위는 “초당 피트 매 초”이다. 이므로, 이는 공의 속도가 매 초 초당 32피트의 비율로 감소하고 있음을 뜻한다. 즉, 에서 공의 속도가 얼마이든, 그다음 1초 동안 속도가 (정확히) 초당 피트만큼 감소할 것으로 기대할 수 있다. (보통은 이 전체 감소량이 정확한 값이 아니라 근삿값이지만, 속도 함수가 일차함수이므로 전체 변화량을 정확하게 계산할 수 있다.) (d) 속도의 순간변화율이 바로 공의 가속도이다. 실제로 는 공의 속도가 어떻게 변하는지를 알려 주며, 속도가 초당 피트 매 초 단위로 라는 일정한 비율로 변함을 나타낸다. 이는 중력에 의한 가속도가 상수라는 사실과도 일치한다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Observe that is a linear function with negative slope , and thus decreasing. Since the function is of interest from to , the velocity is greatest at the left endpoint, when . This greatest velocity is feet per second. (b) Since is a linear function, its slope is constant, and hence the slope of every tangent line to the function is the same as the slope of the line the function generates. Thus, . (c) Because is measured in feet per second and in seconds, the units on are “feet per second per second.” Knowing that , this tells us that the ball's velocity is decreasing at a rate of 32 feet per second per second; that is, for whatever the ball's velocity is at , we would expect the velocity to decrease by (exactly) feet per second over the next one second. (Normally this total decrease would be approximate, not exact, but since the velocity function is linear, we can compute the exact total change.) (d) The instantaneous rate of change of velocity is precisely the acceleration of the ball. Indeed, tells us how the ball's velocity changes, and that it does so at a constant rate of feet per second per second. This is also consistent with the fact that acceleration due to gravity is constant.
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.3절 · 8번우리말 번역
나무 수레바퀴에 작은 못을 박습니다. 는 수레가 구르기 시작한 지 초 후까지 못이 회전한 횟수를 나타냅니다. 못이 얼마나 빠르게 회전하는지를 초당 도 단위로 나타내는 방정식을 구하세요.
다 풀었으면 정답 확인
는 바퀴가 회전하는 속도(변화율)을 초당 회전수로 나타낸 것이다. 이를 도 단위로 바꾸려면 360을 곱하면 되므로 이다.