24 6월 모의고사 16번과 24 수능 19번을 바탕으로 2024학년도에 출제된 돌림힘 평형 문제의 출제 경향을 살펴본다.
24 6월 모의고사 16번
받침대와 원판이 만나는 점을 축으로 했을 때,
원판의 돌림힘 평형을 계산하면 \(
2d \times F = \sqrt{5d} \times mg
\) 이므로 \(
F = \frac{\sqrt{5}}{2} \, mg
\) 이다.
24 수능 19번
ㄱ. 물체의 연직 방향 힘 평형에 의해 a가 물체에 작용하는 힘의 크기는 물체의 무게와 같다. (O)
ㄴ. (나)에서, 물체의 무게중심을 지나는 연직선과 c를 지나는 수평선의 교점을 축으로 했을 때, 물체의 돌림힘 평형을 계산하면 축으로부터 두 실까지의 거리비의 역수인 3 : 1 이 각 실이 물체에 작용하는 힘의 크기비이다. (O)
ㄷ. 물체의 무게중심을 지나는 연직선과 물체의 윗변이 만나는 점을 축으로 했을 때, 물체의 돌림힘 평형을 계산하면 나머지 힘들에 의한 돌림힘이 일정하므로 c 까지의 거리비의 역수인 3 : 1 이 c 가 물체에 작용하는 힘의 크기비이다. (O)
1. 연계
① 시각적 관점
넓이가 무시되지 않는 물체의 돌림힘 평형을 분석해야 하는 문제입니다.
➁ 해설적 관점
축을 잘 잡아서 풀이 과정을 간략화시킬 수 있고, 돌림힘 평형 상황에서 축에서부터 작용점까지 힘이 작용하는 방향에 대한 수직 거리를 고려하여 여러 작용점에서 작용하는 힘에 대한 돌림힘 평형식을 작성해야 한다는 점이 유사합니다.
2. 해당 문항이 다른 평가원 문항과 달랐던 이유
힘의 작용점이 모두 한 직선상에 위치하지 않는 돌림힘 평형 문제가 처음으로 출제되었습니다.
이전에도 차원 돌림힘 상황이 출제된 적이 없지는 않지만, 막대에 실을 비스듬히 달아 힘 평형을 한 번 이용하면 기존 차원 돌림힘 상황과 같아지는 문항이었으므로, 이렇게 본격적으로 축에서부터 작용점까지 힘이 작용하는 방향에 대한 수직 거리에 대해 고찰해야 하는 문항은 처음 출제된 것이나 다름없습니다.
그러한 점에서 2024학년도 6월 16번이 풀이는 훨씬 짧으나, 시사하는 바가 큽니다.
이 문항 자체만 놓고 보았을 때는 적당한 축을 잡고 힘 평형이나 돌림힘 평형을 적당히 쓰더라도 어렵지 않게 풀 수 있지만,
어떻게 효율적으로 풀 것인가를 미리 고민해 보았다면 2024학년도 수능 19번 문항 또한 현장에서 복잡하게 생각하는 대신 미리 정해놓은 루틴을 가지고 쉽게 접근할 수 있었을 것입니다.