스케이트 선수 50 kg 폭 3 mm 길이 20 cm 압력(atm)

스케이트 선수 50 kg 폭 3 mm 길이 20 cm 압력(atm)

우리가 스키나 스케이트를 타고 즐길 수 있는 것은

얼음 표면에 형성된 얇은 물 층(수막)의 마찰력이 작기 때문이다.

스케이트를 신은 선수의 전체 질량이 50 kg이라 하고

스케이트 날은 폭이 3 mm, 길이가 20 cm라 가정하자.

> 1기압 = 760 mmHg

> 수은의 밀도 = 13.6 g/cm3

> 중력가속도 = 10 m/s2

(1) 한 쪽 스케이트 날에 작용하는 압력은 몇 atm인가?

(2) 어는점을 1℃ 내리는데 135 atm이 필요하다면

스케이트 날 아래 얼음의 어는점(녹는점)을 구하시오.

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스케이트 선수의 힘, F

F = ma

= (50 kg) (10 m/s2)

= 500 kg•m/s2

= 500 N

스케이트 날의 면적, A

A = 0.003 m × 0.2 m

= 0.0006 m2

스케이트 선수의 힘은

두 쪽(양쪽) 날에 동시에 작용하므로,

한 쪽 스케이트 날에 작용하는 힘은 250 N.

한 쪽 스케이트 날에 작용하는 압력, P

P = 힘(F) / 면적(A)

= 250 N / 0.0006 m2

= 416667 N/m2

= 416667 Pa

1 atm = 101325 Pa 이므로,

416667 Pa × (1 atm / 101325 Pa)

= 4.11218 atm

---> 약 4.1 atm

---> (1)번 답

대기압(1 atm)에서

4.11218 atm으로 증가했으므로,

ΔP = 4.11218 – 1 = 3.11218 atm

어는점을 1℃ 내리는데 135 atm이 필요하므로,

3.11218 atm × (1℃ / 135 atm)

= 0.02305℃

얼음의 정상 어는점 = 0℃ 이므로,

스케이트 날 아래 얼음의 어는점은

약 –0.023℃

---> (2)번 답

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/24127 ]

skate 120 lb 0.10 in^2 1 atm 15 lb/in^2

[키워드] 스케이트 기준, 스케이트 날 기준, 어는점내림 기준

Assume that the total mass of the skater is 50 kg and that the skate blade is 3 mm wide and 20 cm long.

(1) What is the pressure acting on one skate blade in atm?

(2) If 135 atm is needed to lower the freezing point by 1℃, find the freezing point (melting point) of the ice under the skate blade.