برای حل این مسئله، باید رابطه نیرو و کار را بررسی کنیم.
شخصی گلولهای به جرم \( m \) را از زمین تا ارتفاع ۱۵۰ سانتیمتر (یعنی ۱٫۵ متر) بالا میبرد و سپس با سرعت \( 10 \, \text{m/s} \) پرتاب میکند.
ابتدا نیروی وزن را محاسبه کنیم:
\[ W_{mg} = m \times g \]
سپس کاری که شخص انجام میدهد ( \( W_F \) ) را محاسبه مینماییم که شامل کار بالا بردن و پرتاب است.
کار برای بالا بردن به ارتفاع ۱٫۵ متر:
\[ W_{\text{بالا بردن}} = m \times g \times h \]
که \( h = 1.5 \) متر است.
کار برای پرتاب با سرعت \( 10 \, \text{m/s} \) به انرژی جنبشی تبدیل میشود:
\[ W_{\text{پرتاب}} = \frac{1}{2} m v^2 \]
که \( v = 10 \, \text{m/s} \) است.
بنابراین:
\[ W_F = W_{\text{بالا بردن}} + W_{\text{پرتاب}} \]
با جایگذاری این مقادیر در معادله خواهیم داشت:
\[ W_F = mgh + \frac{1}{2} mv^2 \]
حالا نسبت \( \frac{W_{mg}}{W_F} \) را محاسبه میکنیم:
\[ \frac{W_{mg}}{W_F} = \frac{mg}{mgh + \frac{1}{2} mv^2} = \frac{g}{gh + \frac{1}{2} v^2} \]
با جایگذاری \( g = 10 \, \text{N/kg} \)، \( h = 1.5 \) متر، و \( v = 10 \, \text{m/s} \):
\[ \frac{W_{mg}}{W_F} = \frac{10}{10 \times 1.5 + \frac{1}{2} \times 10^2} = \frac{10}{15 + 50} = \frac{10}{65} = \frac{2}{13} \]
همانطور که میبینیم، گزینه صحیح \( \frac{2}{13} \) است. اما به دلیل اشتباه کیبورد باید بررسی شود که آیا واقعی نیست. اگر متن سوال حک کند که گزینه کدام است، احتمال دارد HKOPAOS.