전체 길이가 1000cm인 철사를 원형 나선 모양의 유연한 코일로 만들었습니다. 높이 1 cm마다 10번씩 감겨 있고 나선의 반지름이 3 cm일 때, 코일의 높이는 얼마인지 구하세요.
영어 원문 보기
A wire of total length 1000cm is formed into a flexible coil that is a circular helix. If there are 10 turns to each centimetre of height and the radius of the helix is 3 cm, how tall is the coil?
정답·풀이 보기
일반적으로 나선은 다음과 같이 매개변수로 나타낼 수 있다.
먼저 와 를 구해야 한다. 나선의 반지름이 cm이므로 cm이다. 10번 감긴 후(즉 ) 높이 는 1 cm이다. 따라서 이고 cm/rad이다. 그러므로 이다.
나선이 한 바퀴 감길 때마다(즉 가 만큼 증가할 때마다) 나선의 높이는 만큼 증가한다. 따라서 나선 한 바퀴에 들어가는 철사의 길이를 구하면, 나선이 모두 몇 바퀴 감기는지 쉽게 구할 수 있고, 이로부터 나선의 전체 높이를 구할 수 있다.
이므로 이다. 따라서 나선 한 바퀴의 길이는
이고, 1000cm의 철사로는
바퀴를 만들 수 있다. 한 바퀴마다 높이가 씩 늘어나므로 전체 높이는
이다.
참고. 각 바퀴가 늘리는 높이는 (반지름에 비해) 매우 작다는 점을 이용하면 이 답이 타당한지 확인할 수 있다. 따라서 한 바퀴의 길이는 반지름이 같은 원의 둘레, 즉 와 거의 같을 것으로 예상된다. 철사로 실제 원을 만든다면 개를 만들 수 있다. 1 cm당 10개씩 쌓으면 높이는 cm가 된다. 이 값도 약 cm이므로 우리가 구한 결과가 타당하다고 할 수 있다.
원본 교재 풀이(영어)
In general a helix can be parametrized by
Our first task is to determine and . The radius of the helix is cm, so cm. After 10 turns (i.e. ) the height, , is 1 cm. So and cm/rad. Thus .
With each full turn of the helix (i.e. each increase of by ) the height of the helix increases by . So if we can determine the length of wire in one full turn of the helix, we can easily determine how many turns the helix goes through in total, and from that we can determine the total height of the helix.
As we have . So the length of one full turn of the helix is
and 1000cm of wire generates
turns. Each turn adds to the height, so the total height is
Remark. We can check that this answer is reasonable by taking advantage of the fact that each coil adds only a very small height (relative to the radius). So we expect the length of one coil to be about the same as the circumference of a circle of the same radius, namely . If we were making actual circles of the wire, there would be of them. Stacking up at 10 per centimetre, this would make a pile of height cm. Since this number is also approximately cm, we feel our result is reasonable.

