برای محاسبهٔ کار انجام شده توسط نیروی دانش آموز و نیروی جاذبهٔ زمین، ابتدا باید با مفهوم کار آشنا شویم.
کار (W) به وسیلهٔ فرمول زیر محاسبه میشود:
\[
W = F \times d \times \cos(\theta)
\]
که در آن:
- \( W \) کار انجام شده (بر حسب ژول) است.
- \( F \) نیروی وارد شده (بر حسب نیوتن) است.
- \( d \) فاصلهٔ جابجایی (بر حسب متر) است.
- \( \theta \) زاویهٔ بین نیروی وارد شده و جهت جابجایی (به درجه) است.
1. **محاسبه کار نیروی دانش آموز:**
- نیروی دانش آموز (\( F \)) = ۲ نیوتن
- فاصله جابجایی (\( d \)) = ۲ متر
- چون نیروی دانش آموز در جهت جابجایی عمل میکند، زاویه (\( \theta \)) برابر با 0 درجه است (cos(0) = 1).
حالا محاسبه کار:
\[
W_{دانشآموز} = 2 \, \text{N} \times 2 \, \text{m} \times \cos(0) = 2 \, \text{N} \times 2 \, \text{m} \times 1 = 4 \, \text{J}
\]
2. **محاسبهٔ کار نیروی جاذبه زمین:**
- نیروی جاذبهٔ زمین برابر با وزن کتاب است که ۴ نیوتن است.
- چون نیروی جاذبه به سمت پایین عمل میکند و جابجایی به سمت افق (افقی) است، زاویه بین نیروی جاذبه و جابجایی \( \theta \) برابر با 90 درجه است (cos(90) = 0).
حالا محاسبه کار:
\[
W_{جاذبه} = 4 \, \text{N} \times 2 \, \text{m} \times \cos(90) = 4 \, \text{N} \times 2 \, \text{m} \times 0 = 0 \, \text{J}
\]
**نتیجهگیری:**
- کار نیروی دانش آموز: 4 ژول
- کار نیروی جاذبه زمین: 0 ژول
پس پاسخ نهایی بدین صورت است:
- کار نیروی دانش آموز: 4 ژول
- کار نیروی جاذبه زمین: 0 ژول