홍익대 서울캠퍼스 2023학년도 수시 오후 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2023su_pm/jayeon_2
문제
문제 2 (20점)
홍익이는 낙하산을 이용하여 우주발사체의 추진체를 재활용하는 기술을 접하였고, 머리와 추진체로 분리되는 물 로켓을 만들고 추진체를 재활용하고자 추진체에 낙하산을 설치하였다. 그리고 초에서 물 로켓을 지면으로부터 수직 방향으로 발사하였다. 시각 에서의 지면으로부터 물 로켓 추진체 밑면의 높이를 m, 물 로켓 머리의 높이를 m라 하자. <그림 1>과 같이 발사 후 까지 물 로켓은 머리와 추진체가 같이 움직이고, 에서 물 분사를 멈추고 머리와 추진체로 분리된다. <그림 2>와 같이 추진체는 에서 최고 높이에 도달하고 낙하산이 펴진다. 낙하산에 의하여 까지 추진체의 속도가 시간에 따라 변한다. 그 후 착륙할 때까지의 속도는 일정하다. 에서 추진체는 지면에 착륙한다. <그림 3>과 같이 물 로켓 머리의 속도는 이후 일정하다가 에서 예상치 못한 돌풍이 발생하여 시간에 따라 변한다. 이를 정리하면, 시각 에서의 물 로켓 추진체의 속도 m/s와 물 로켓 머리의 속도 m/s는 다음과 같다. (단, , 이다.)

(1) 에서 물 로켓이 머리와 추진체로 분리될 때, 머리의 높이 의 값을 구하시오.
(2) 에서 추진체 밑면의 높이 의 값을 구하시오.
(3) 추진체가 착륙한 시각 에서 머리의 높이가 m일 때, 돌풍이 발생한 시각 을 구하시오.
홍익대 서울캠퍼스 2023학년도 수시 오후 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2023su_pm/jayeon_2
(1) 이므로 는 다음과 같이 를 적분하여 구할 수 있다.
(2) 마찬가지로 이므로 는 다음과 같이 를 적분하여 구할 수 있다.
(3) 에서 이고 문항 (2)에서 이므로 인 시간 는 로부터 이다.문항 (1)에서 이고 주어진 조건에 의해 이므로로부터 이다.
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