کار نیروی وزن در حرکت سه جسم

سلام! سوال خوبی پرسیدی. بیا با هم حلش کنیم.

راهنمایی کوتاه: کار نیروی وزن برابر است با حاصل‌ضرب وزن جسم در جابجایی در راستای نیرو.

گام‌به‌گام:

• ۱) ابتدا وزن هر جسم را حساب می‌کنیم. وزن برابر است با جرم ضربدر شتاب گرانش (g ≈ 10 m/s²).
• ۲) جابجایی هر جسم را مشخص می‌کنیم. چون همه با طناب به هم وصل هستند، وقتی m3 به اندازه 40 سانتی‌متر (0.4 متر) پایین می‌رود، m1 به اندازه 0.4 متر بالا می‌رود و m2 ثابت می‌ماند (اگر طناب از قرقره‌ای بالای m2 رد شده باشد).
• ۳) کار نیروی وزن (W) از فرمول W = m × g × h × cosθ محاسبه می‌شود. برای نیروی وزن، اگر جسم پایین برود، کار مثبت و اگر بالا برود، کار منفی است (چون زاویه بین نیرو و جابجایی متفاوت است).
• ۴) برای m3 (جرم 3 کیلوگرم): وزن = 3×10 = 30 نیوتن. جابجایی به پایین 0.4 متر. کار = 30 × 0.4 × cos(0°) = 12 ژول (مثبت).
• ۵) برای m1 (جرم 2 کیلوگرم): وزن = 2×10 = 20 نیوتن. جابجایی به بالا 0.4 متر. کار = 20 × 0.4 × cos(180°) = 20 × 0.4 × (-1) = -8 ژول (منفی).
• ۶) برای m2 (جرم 3 کیلوگرم): اگر ثابت بماند، جابجایی صفر است، پس کار نیروی وزن آن صفر است.

پاسخ نهایی:

• کار نیروی وزن روی m3: 12 ژول
• کار نیروی وزن روی m1: 8- ژول
• کار نیروی وزن روی m2: 0 ژول

مثال مشابه: اگر جسمی 5 کیلوگرمی را 2 متر بالا ببریم، کار نیروی وزن ما منفی و کار نیروی وزن جسم مثبت خواهد بود.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: مفهوم کار در فیزیک فقط وقتی نیرو باعث جابجایی شود معنی دارد. کار کل نیروهای وارد بر سیستم هم می‌تواند از جمع جبری کار تک‌تک نیروها به دست آید.