[01~04] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.
직경이 2㎜인 빗방울이 1.2㎞ 상공에서 공기의 저항을 받지 않고 지상으로 떨어진다고 가정해 보자. 최대 높이에서의 위치 에너지가 손실 없이 모두 운동 에너지로 전환되므로 빗방울은 약 153㎧ 정도의 속도로 지면에 떨어지게 될 것이다. 이렇게 된다면 아마 지상은 아수라장이 될 것이다.
하지만 모든 물체는 낙하 시 속도가 점점 증가하다가 어느 정도 속도에 도달하면 더 이상 증가하지 못하고 일정한 속도를 유지하게 된다. 공기의 저항이 있기 때문이다. 즉, 지구가 물체를 잡아당기는 힘인 중력과 공기가 물체에 작용하는 저항력이 같아질 때, 물체는 더 이상 가속되지 못하는 것이다. 이런 이유로 낙하하는 물체의 속도는 일정해지는데 이렇게 일정해진 속도를 ‘종단 속도’라고 한다. 중력은 물체의 질량에 중력가속도를 곱한 값이므로 물체의 낙하 시 일정한 값을 유지하지만, 떨어지는 물체에 작용하는 공기의 저항력은 여러 가지 요인에 의해 달라질 수 있다. 일반적으로 물체가 공기나 물과 같은 유체 속에서 운동할 때 물체에 미치는 유체의 저항력은 물체의 운동 방향과 정반대 방향으로 작용한다. 즉, 물체가 공기 중에서 수직으로 떨어지고 있다 면 공기의 저항력은 아래에서 위로 작용할 것이고, 물체가 공기 중을 달리고 있다면, 공기의 저항력은 물체가 달리는 방향과 반대 방향으로 작용할 것이다. ㉮물체에 미치는 저항력은 물질이 통과하는 유체의 밀도가 클수록, 물질과 유체와의 접촉 단면적이 클수록, 물체의 속도가 빠를수록 더 크다. 그 외에도 유체의 저항력에 영향을 미치는 변수에는 물체의 재질이나 모양, 주변 환경 등 다양한 요인들이 더 존재한다. 이런 요인들을 고려하여 저항 상수라는 값을 ⓐ정하는데, 이것은 상황이나 물체에 따라 매우 복잡하게 변하기 때문에 보통 실험을 통해 대략의 값을 정한다. 이런 여러 요인들을 고려하여 계산을 해 보면 직경이 2㎜인 빗방울이 공기 중에 낙하하는 경우 빗방울에 작용하는 중력과 떨어지는 빗방울에 작용하는 공기의 저항력이 같아지는 속도, 즉 빗방울의 종단 속도는 7㎧가 된다. 공기 덕분에 빗방울의 속도가 95% 이상 감소한 것이다. 스카이다이빙이나 군사 작전용으로 사용하는 낙하산 등은 모두 종단 속도를 이용한 것이다. 사람도 하늘 에서 낙하하면 어느 정도의 속도에 다다른 뒤로는 더 이상 속도가 커지지 않는다. 하지만 맨몸이 라면 그 속도는 약 60㎧ 정도 되므로 이대로 지면에 떨어지는 것은 상상만 해도 끔찍하다. 이때 낙하산을 펼치면 공기와 접촉하는 면적이 넓어지며 종단 속도가 6㎧ 정도로 확 줄어들기 때문에 안전하게 땅으로 내려올 수 있다.
보통 영화나 TV 프로그램에서 촬영한 영상을 보면 낙하산을 펼쳤을 때, 갑자기 하늘 위로 솟구치는 듯한 모습을 볼 수 있는데, 이는 실제로 위로 올라가는 것이 아니라 낙하산을 편 사람의 속도가 급격하게 감소하면서 낙하산을 펴지 않은 카메라맨과의 속도 차이 때문에 위로 올라가듯이 보이는 것이다. 또한 공기 저항과 종단 속도에 대한 현상을 이해하면 속도에 관여하는 변수 중 하 나인 접촉 단면적을 조절해 떨어지는 속도를 달라지게 할 수도 있다. 누워 있는 자세로 떨어질 때 에 비해 다이빙 하듯이 몸을 세우면 공기의 저항을 덜 받게 되고 상대적으로 더 빠르게 떨어질 수 있는 것이다. 이 모든 일들이 공기가 존재하고 있기 때문에 가능하다.
01 윗글의 서술 방식으로 가장 적절한 것은?
① 가상의 상황을 설정하여 특정 개념을 설명하고 있다.
② 다양한 관점에서 중심 개념을 구체화하여 보여 주고 있다.
③ 대비되는 이론의 비교를 통해 한 이론의 우수성을 입증하고 있다.
④ 중심 개념과 관련되는 요소들을 밝힘으로써 유사 개념과의 차이를 부각하고 있다.
⑤ 하나의 현상을 설명하는 여러 이론들을 통해 현상의 다각적 측면을 보여 주고 있다.
02 <보기>의 물음 중, ㉮로 설명할 수 있는 것만을 있는 대로 고른 것은?
<보기>
ㄱ. 자동차를 타고 가면서 손을 창밖으로 내밀 때, 손날을 세웠다가 손바닥을 펴면 손이 뒤로 밀려나는 이유는 무엇인가?
ㄴ. 걸을 때보다 달릴 때 얼굴을 때리는 공기의 압력이 세지는 이유는 무엇인가?
ㄷ. 공기에서보다 물속에서 더 걷기 힘들어지는 이유는 무엇인가?
ㄹ. 같은 재질의 바닥이라도 매끈한 곳에서보다 울퉁불퉁한 곳에서 물체를 밀고 가기 어려운 이유는 무엇인가?
① ㄱ, ㄴ
② ㄴ, ㄹ
③ ㄷ, ㄹ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ
03 윗글을 통해 <보기>를 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은?
<보기>
위의 그림은 영화 촬영 중인 상황을 나타낸 것이다. 비행기를 장악한 악당들이 한 여성을 비행기에서 밀어 버려서 그녀가 추락하고 있다. 낙하산을 등에 맨 쌍둥이 형 제 A와 B가 추락하는 그녀를 구하기 위해 약간의 시차를 두고 비행기에서 뛰어내렸다. 그리고 오른쪽에서는 그들이 낙하하는 장면을 카메라맨이 촬영하고 있다.
(단, 네 사람 모두 종단 속도에 도달할 만큼의 충분한 높이에서 떨어진다고 가정함.)
① 네 사람 모두 낙하 속도가 점점 증가하다가 더 이상 증가하지 않는 시점이 오겠군.
② B가 A보다 여자를 먼저 구하려면 다이빙 자세를 취해 현재보다 접촉 단면적을 줄여야겠군.
③ A가 카메라맨보다 낙하산을 먼저 편다면 카메라맨의 입장에서 A가 위로 솟구치는 듯이 보이겠군.
④ A와 B의 모든 조건이 같다면 B보다 먼저 뛰어내린 A가 종단 속도에 먼저 도달하겠군.
⑤ A와 B의 종단 속도가 같다면 A가 B보다 더 무겁더라도 둘에 작용하는 공기의 저항력은 같겠군.
04 ⓐ의 문맥적 의미와 가장 가까운 것은?
① 우리는 가족이 화목하게 지내기 위해 세 가지 규칙을 정했다.
② 화가는 고민 끝에 그림의 가격을 현재와 같이 정했다.
③ 그는 다시 담배를 피우지 않겠다고 마음을 정했다.
④ 검사는 법이 정한 범위 안에서 융통성을 가진다.
⑤ 그녀는 텃밭에 꽃을 심기로 정했다.
도움자료
[2015 EBS 인터넷 수능]
화법과 작문 & 독서와 문법 - B
과학 02 01 ① 02 ④ 03 ⑤ 04 ②
■ ‘종단 속도’
이 글은 공기가 없다면 하늘에서 떨어져 내리는 빗방울이 가속되어 지상이 아수라장이 될 수도 있다는 가상적 상황을 통해, 공기의 저항으로 인해 떨어지는 물체가 일정한 속도를 유지하게 되는 현상과 관련된 종단 속도라는 개념을 효과적으로 설명하고 있다. 종단 속도는 낙하하는 물체에 작용하는 중력과 공기의 저항력이 같아져 일정해진 물체의 속도이다. 물체에 작용하는 저항력은 물체가 통과하는 유체의 밀도와 유체와의 접촉 단면적, 물체의 속도에 따라 달라질 수 있는데, 스카이다이버가 다이빙하는 자세로 떨어진다든지 낙하산을 펼친다든지 해서 공기와의 접촉 면적을 조절하는 것은 바로 종단 속도에 영향을 주는 공기의 저항력을 크게도 하고 작게도 하는 방법임을 설명하고 있다.
종단 속도의 개념 및 종단 속도에 영향을 주는 요소
1문단: 공기가 없다면 떨어지는 빗방울로 인해 지상이 아수라장이 될 것이라는 가정적 상황 제시
2문단: 종단 속도의 개념과 공기의 저항력
3문단: 물이나 공기 등의 유체의 저항력을 결정하는 요인들
4문단: 빗방울의 종단 속도와 낙하산을 펼친 사람의 종단 속도
5문단: 공기 저항을 조절함으로써 종단 속도를 조절하는 일상적 사례들
01 내용 전개 방식 파악 ①
① 확인 가상의 상황을 설정하여 특정 개념을 설명
1문단에서 공기의 저항이 없다면 떨어지는 빗방울에 의해 지상이 아수라장이 되었을 것이라는 가상적인 상황 설정을 통해, 공기의 저항이 있음으로 인해서 생겨나는 현상과 ‘종단 속도’의 개념을 효과적으로 이끌어 내고 있다.
② 확인 다양한 관점에서 중심 개념을 구체화하여 보여 줌
다양한 관점에서 중심 개념을 구체화하여 보여 주지는 않았다.
③ 확인 대비되는 이론의 비교를 통해 한 이론의 우수성을 입증함
대비되는 이론을 비교하지 않았으며 한 이론의 우수성을 입증하지도 않았다.
④ 확인 유사 개념과의 차이를 부각
중심 개념과 관련되는 요소들을 종단 속도를 결정하는 변수들로 본다 하더라도 그것을 밝힘으로써 유사 개념과의 차이를 부각하고 있는 것은 아니다.
⑤ 확인 현상의 다각적 측면을 보여 줌
빗방울이나 스카이다이버의 낙하를 통해 종단 속도를 설명하고 있기는 하지만 여러 이론들을 통해 현상의 다각적 측면을 보여 주고 있는 것은 아니다.
02 다른 상황에 적용하기 ④
④ 확인 1 ㄱ. 손날을 세웠다가 손바닥을 펴면 손이 뒤로 밀림
자동차를 타고 가면서 손을 창밖으로 내밀 때, 손날을 세웠다가 손바닥을 펴면 접촉 단면적이 넓어져서 손에 작용하는 공기의 저항력이 더 커지는 것이라 볼 수 있다.
확인 2 ㄴ. 걸을 때보다 달릴 때 공기의 압력이 세짐
걸을 때보다 달릴 때 얼굴을 때리는 공기의 압력, 즉 저항력이 더 커지는 이유는 공기 속을 지나는 물체의 속도가 더 빨라질수록 저항력이 더 커지기 때문이다.
확인 3 ㄷ. 공기에서보다 물속에서 더 걷기 힘듦
공기 중에서보다 물속에서 걷기 힘든 이유는 공기보다 물의 밀도가 더 높기 때문에 공기가 물체에 미치는 저항력보다 물이 물체에 미치는 저항력이 더 크기 때문이다.
②, ③, ⑤ 확인 ㄹ. 매끈한 곳에서보다 울퉁불퉁한 곳에서 물체를 밀고 가기 어려움
매끈한 바닥에서보다 울퉁불퉁한 바닥에서 물체를 밀고 가기 어려운 것은 바닥과 물체와의 마찰력과 관련 있는 현상으로 물체에 작용하는 유체의 저항력과는 무관한 현상이라 볼 수 있다.
03 구체적 상황에 적용하기 ⑤
⑤ 확인 종단 속도가 같다면 A가 B보다 더 무겁더라도 둘에 작용하는 공기의 저항력은 같음
2문단에 따르면, 종단 속도는 물체의 중력과 공기가 물체에 작용하는 저항력이 같아질 때의 물체의 속도를 의미한다. 그런데 A와 B의 종단 속도가 같은데, A가 B보다 더 무겁다면 A에게 작용하는 저항력이 더 커야 하므로 둘에 작용하는 공기의 저항력이 같을 수는 없다.
① 확인 낙하 속도가 더 이상 증가하지 않음
2문단 첫째 줄에서 모든 물체는 낙하 시 속도가 점점 증가하다가 어느 정도 속도에 다다르면 더 이상 증가하지 못하고 일정한 속도, 즉 종단 속도를 유지하게 된다고 했다. <보기>의 조건에서 네 사람이 종단 속도에 도달할 만큼 충분한 높이에서 떨어진다고 가정했으므로 네 사람은 낙하 속도가 점점 증가하다가 중력과 공기의 저항력이 같아지는 시점부터는 속도가 더 이상 증가하지 않게 될 것이라 볼 수 있다.
② 확인 다이빙 자세를 취해 접촉 단면적을 줄임
B가 A보다 여자를 먼저 구하려면 공기의 저항력을 줄여서 종단 속도를 높여야 하므로 공기와의 접촉 단면적을 줄일 수 있도록 다이빙 자세를 취하면 된다.
③ 확인 A가 카메라맨보다 낙하산을 먼저 편다면 카메라맨의 입장에서 A가 위로 솟구치는 듯이 보임
A가 낙하산을 먼저 펴면 낙하 속도가 급격하게 감소하면서 카메라맨과의 낙하 속도 차이로 인해 낙하산을 펴지 않은 카메라맨의 입장에서는 A가 위로 솟구치는 듯이 보일 것이다.
④ 확인 먼저 뛰어내린 A가 종단 속도에 먼저 도달함
A와 B의 조건이 모두 같다고 했으므로 둘이 뛰어내린 시점부터 종단 속도에 도달하기까지 걸린 시간도 같을 것이다. 그런데 B보다 A가 먼저 떨어졌으므로 A가 종단 속도에 먼저 도달할 것이라 볼 수 있다.
04 어휘의 문맥적 의미 파악 ②
② 확인 화가는 고민 끝에 그림의 가격을 현재와 같이 정했다.
ⓐ는 ‘여러 요인들을 고려하여 어떤 값을 ~으로 정한다.’는 의미로 쓰인 것이므로 이때의 ‘정(定)하다’는 ‘여럿 가운데 선택하거나 판단하여 결정하다.’의 의미를 지니고 있다. 따라서 그림의 가격을 여러 가격 가운데 하나로 정한다는 뜻의 ②가 ⓐ의 뜻과 가장 가깝다.
①, ④ 확인 우리는 가족이 화목하게 지내기 위해 세 가지 규칙을 정했다. / 검사는 법이 정한 범위 안에서 융통성을 가진다.
‘규칙이나 법 따위의 적용 범위를 결정하다.’의 의미로 쓰이는 것이므로 적절하지 않다.
③, ⑤ 확인 그는 다시 담배를 피우지 않겠다고 마음을 정했다. / 그녀는 텃밭에 꽃을 심기로 정했다.
‘뜻을 세워 굳히다.’의 의미로 쓰이는 것이므로 적절하지 않다.