39. 다음으로부터 추론한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?
속이 빈 원통형 구조체를 생각해 보자. (단, 원통의 두께는 무시한다.) 그 구조체가 원통 윗면의 중심과 밑면의 중심을 관통하는 직선을 축으로 일정하게 회전하면, 그 옆면의 안쪽 벽에 인공중력이 만들어진다. 다른 외력이 없을 때 이 안쪽 벽에 붙어 원통과 함께 회전하는 물체는 원운동을 하게 되며, 이때 작용하는 원심력을 중력으로 생각할 수 있다. 원통의 안쪽 벽이 물체를 지지하는 힘은 구심력 역할을 하며, 안쪽 벽의 표면은 지표면과 같은 역할을 한다. 이렇게 인공적으로 만들어진 중력가속도의 크기 a는 Rω²이 되는데, 이때 R은 원통의 반지름이고, ω는 원통의 회전 각속력, 즉 단위 시간당 회전하는 각도이다. 이 중력가속도의 크기는 v²/R로도 표현할 수 있으며, 이때 v는 물체가 원의 접선 방향으로 움직이는 선속력이다. 예를 들어, 지름 20,000 m인 원통형 구조체에서 지구와 같은 크기의 중력, 즉 중력가속도 10 m/s²을 구현한다고 해 보자. 10 ＝ 10,000 × ω²으로부터 ω는 약 0.03 rad/s임을 알 수 있다. 이는 구조체가 1초에 약 2°를 회전해야 한다는 것이다.
〈보 기〉
ㄱ. 각속력이 동일하다면 원통의 반지름이 커질수록 선속력은 이와 정비례해서 커진다.
ㄴ. 지름 10,000 m인 원통형 구조체에서 지구와 같은 크기의 중력을 구현하려면 각속력은 0.03 rad/s보다 커야 한다.
ㄷ. 일정하게 회전하는 위 구조체 옆면의 안쪽 벽 표면에서 출발한 사람이 고정된 사다리를 타고 원통의 회전축을 향해 움직인다면, 이 사람에게 작용하는 인공중력은 점차 감소한다.
- ㄱ
- ㄴ
- ㄱ, ㄷ
- ㄴ, ㄷ
- ㄱ, ㄴ, ㄷ