아래와 같은 모양의 철사를 따라 구슬이 미끄러져 내려갑니다. 입니다.

구슬이 위치 에 있을 때 철사가 구슬에 가하는 수직항력을 이라 하세요. 단, 입니다. 는 양수인지 음수인지 판단하세요.
영어 원문 보기
A bead slides down a wire with the shape shown below, .

Let be the normal force exerted by the wire when the bead is at position . Note . Is positive or negative?
정답·풀이 보기
풀이 1:
가 음수이고 절댓값이 클수록 철사는 점점 수직선에 가까워진다. 구슬이 수직인 철사를 따라 내려간다면 철사에 닿지 않고도 내려갈 수 있으므로, 구슬에 가해지는 힘은 0이다. 가 왼쪽에서 0에 가까워질수록 철사는 수평선에 가까워진다. 구슬이 수평선 위에 놓여 있다면 철사는 중력을 상쇄하도록 위로 밀어 올릴 것이다. 따라서 철사가 가하는 힘의 크기는 가 증가함에 따라 증가한다고 생각할 수 있다. 즉, 이다.
풀이 2:
구슬에 작용하는 알짜힘은 다음과 같다.
여기서 는 와 사이의 각이다.
가 절댓값이 큰 음수에서 0으로 움직이면 는 에 가까운 값에서 에 가까운 값으로 움직인다. 따라서 는 0에 가까운 값에서 1에 가까운 값으로 증가한다. 그러면 는 증가한다.
또한 가 증가함에 따라 그림에서 곡률 가 증가하고, 속력 도 증가함을 알 수 있다(위치 에너지가 감소하므로 운동 에너지는 증가한다).
따라서 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Solution 1:
For large, negative values of , the wire is closer and closer to a vertical line. If the bead were sliding down a vertical wire, it could do so without even touching the wire, so the force exerted on the bead would be zero. As approaches 0 from the left, the wire approximates a horizontal line. If the bead were sitting on a horizontal line, the wire would be pushing up to counter gravity. So, we imagine the magnitude of the force exerted by the wire might increase as increases. That is, .
Solution 2:
The net force exerted on the bead is
where is the angle between and .
As moves from a highly negative number to zero, moves from nearly to nearly . Therefore increases from nearly zero to nearly one. Then is increasing.
Furthermore, as increases, we see from the picture that the curvature increases, and speed increases as well (kinetic energy is increasing as potential energy decreases).
So, .
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-4 · 1.7절 · 2번우리말 번역
의 정의에서 는 위치를 어떤 양에 대해 미분한 도함수입니까?
다 풀었으면 정답 확인
이 식은 에서 나온 것이다. 이 식에서 는 가속도로, 위치를 시간에 대해 두 번 미분한 것이다. 따라서 는 위치를 시간에 대해 미분한 도함수이다.
앞에서는 를 위치를 정의하는 데 쓰는 매개변수에 대한 위치의 도함수로 사용했다. 그 매개변수는 흔히 라고 불렀지만 반드시 시간인 것은 아니었다. 그러므로 이 점은 잘 구별해 두어야 한다.