۴۴- به دو جسم ساکن $a$ و $b$ که جرم آنها به ترتیب $m$ و $3m$ است، نیروی خالص $F$ وارد میشود. بعد از گذشت $5$ ثانیه نسبت انرژی جنبشی آنها $K_{a}/K_{b}$ چند است؟
1) $1$
2) $1/3$
3) $3$
4) $1/5$
برای حل این سوال، ابتدا شتاب هر دو جسم را پیدا میکنیم. طبق فرمول نیوتن:
\[ F = ma \]
برای جسم \( a \):
\[ a_a = \frac{F}{m} \]
برای جسم \( b \):
\[ a_b = \frac{F}{2m} \]
چون زمان \( t = 5 \) ثانیه داده شده است، از فرمول حرکت با شتاب ثابت برای سرعت نهایی استفاده میکنیم:
برای جسم \( a \):
\[ v_a = a_a \times t = \frac{F}{m} \times 5 \]
برای جسم \( b \):
\[ v_b = a_b \times t = \frac{F}{2m} \times 5 \]
انرژی جنبشی برای اجسام به صورت زیر است:
برای جسم \( a \):
\[ K_a = \frac{1}{2} m v_a^2 = \frac{1}{2} m \left(\frac{5F}{m}\right)^2 \]
برای جسم \( b \):
\[ K_b = \frac{1}{2} (2m) v_b^2 = \frac{1}{2} (2m) \left(\frac{5F}{2m}\right)^2 \]
حالا نسبت انرژیهای جنبشی را حساب میکنیم:
\[
\frac{K_a}{K_b} = \frac{\frac{1}{2} m \left(\frac{5F}{m}\right)^2}{\frac{1}{2} (2m) \left(\frac{5F}{2m}\right)^2}
\]
با سادهسازی این عبارت، جواب به شرح زیر است:
\[
\frac{K_a}{K_b} = 2
\]
بنابراین پاسخ گزینه ۲ است.