설군의연구소

안녕하세요, 설군입니다. 물리학에서는 미분 방정식이 매우 많이 등장합니다. 뉴턴의 법칙 중 하나인 *가속도의 법칙* 또한 미분 방정식의 일종이고, 양자역학에서 유명한 *슈뢰딩거 방정식* 또한 미분 방정식의 일종입니다. 대학생 때 물리학과 과목으로 개설되었던 *미분 방정식* 이라는 과목을 재미있게 공부했던 기억이 있습니다. Dennis G. Zill 의 A first course in differential equations with modeling applications, 10th 교과서로 공부하였습니다. (한글 제목으로는 *미분방정식 입문* 입니다.) 미분 방정식은 도함수를 포함하는 방정식입니다. 일계 미분이냐, 이계 미분이냐 상관 없이 포함만 되어 있으면 미분 방정식입니다. 만약 $y'$ 을 포함한다..

안녕하세요, 설군입니다. 그림과 같이 빗면에 도르래가 고정되어 있고, (가), (나) 의 두 가지 상황이 있습니다. 물체 A의 질량은 모르는 상태이고, 물체 B, C의 질량은 각각 $m$, $4m$ 입니다. 물체 A의 가속도의 방향은 화살표로 표시하였습니다. (가), (나) 모두 빗면의 각도는 동일한 상황이며, 빗면과의 마찰 등은 무시하는 상황입니다. 두 상황에서, 물체들에 대해 각각 운동 방정식을 세워 분석해봅시다. (가) 상황에서, 먼저 물체 A에 대해서, 물체 A가 받는 모든 힘을 표시하면 위와 같습니다. 여기서, 물체 A는 빗면에 놓여 있으므로, 중력이 물체 A를 잡아당기는 힘의 빗면 방향 성분을 따져야 합니다. 그 힘의 크기를 $m_{\mathrm{A}} g'$ 으로 표현하였습니다. 물체 A의 ..

안녕하세요, 설군입니다. 그림과 같이 질량이 $3m$ 인 물체 A와, 질량이 $m$ 인 물체 B가 도르래에 매달려 있습니다. 외부에서 사람이 물체 A 를 아래로 $F$ 만큼의 힘을 주어 끌어당기는 상황입니다. 이 때에 물체 A의 가속도의 방향은 아래 방향이고, 가속도의 크기는 $a$ 라고 합시다. 각각의 물체들에 대해 운동 방정식을 세워봅시다. 물체 A에 대해 운동 방정식을 세우기 위해서, 물체 A가 받는 힘들을 표시해보고, 운동 방정식을 세우면 다음과 같이 세울 수 있습니다. 물체 B에 대해서도 똑같은 과정을 거치면 다음과 같이 구할 수 있습니다. 이번에는 두 번째 실험을 해서, 다음과 같이 질량이 더 가벼운 물체 B를 아래로 힘 $F$ 로 잡아당기는 상황을 생각해봅시다. 이 경우에는 물체 B는 아래 ..