Math Problem Statement

شخصی در طبقۀ سوم ساختمان، سوار آسانسور میشود و به طبقۀ دهم میرود. جرم شخص است و یک کوله پشتی به جرم بر دوش دارد. آسانسور بین طبقات پنجم تا هفتم مسافت را در مدت ۲ ثانیه با سرعت ثابت طی میکند، در این ۲ ثانیه کار نیرویی که آسانسور به شخص وارد میکند، چند ژول است؟ ۷۰ kg ۶ m ۵ kg (g = ۱۰ m/s )

Solution

برای حل این سوال، ابتدا باید مفهوم کار (Work) را بررسی کنیم و سپس معادلات مربوطه را برای محاسبه کار نیرویی که آسانسور به شخص وارد می‌کند، استفاده کنیم.

اطلاعات داده شده:

  • جرم شخص: m=70kgm = 70 \, \text{kg}
  • جرم کوله‌پشتی: mbag=5kgm_{\text{bag}} = 5 \, \text{kg}
  • شتاب گرانش: g=10m/s2g = 10 \, \text{m/s}^2
  • مسافت طی شده توسط آسانسور: d=6md = 6 \, \text{m} (مسافت بین طبقات پنجم تا هفتم)
  • زمان: t=2st = 2 \, \text{s}

گام ۱: محاسبه نیروی وارد بر شخص توسط آسانسور

نیروی وارد بر شخص توسط آسانسور، نیروی عمودی است که برای جبران وزن شخص و کوله‌پشتی نیاز است. برای محاسبه آن، از فرمول نیروی جاذبه استفاده می‌کنیم:

F=(m+mbag)gF = (m + m_{\text{bag}}) \cdot g

که در آن:

  • m+mbag=70+5=75kgm + m_{\text{bag}} = 70 + 5 = 75 \, \text{kg}

پس نیروی وارد بر شخص توسط آسانسور به شرح زیر است:

F=75kg10m/s2=750NF = 75 \, \text{kg} \cdot 10 \, \text{m/s}^2 = 750 \, \text{N}

گام ۲: محاسبه کار انجام شده توسط نیروی آسانسور

کار (Work) توسط نیروی وارد بر شخص در یک جهت خاص (در اینجا جهت عمودی) طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود:

W=FdW = F \cdot d

که در آن:

  • F=750NF = 750 \, \text{N}
  • d=6md = 6 \, \text{m}

بنابراین کار انجام شده توسط نیروی آسانسور به شرح زیر است:

W=750N6m=4500JW = 750 \, \text{N} \cdot 6 \, \text{m} = 4500 \, \text{J}

نتیجه نهایی:

کار نیرویی که آسانسور به شخص وارد می‌کند، برابر با 4500ژول4500 \, \text{ژول} است.


آیا جزئیات بیشتری نیاز دارید یا سوالی دارید؟
سایر سوالات ممکن:

  1. چگونه می‌توان سرعت آسانسور را محاسبه کرد؟
  2. اگر زمان طی مسافت تغییر کند، چگونه کار تغییر می‌کند؟
  3. اگر جرم شخص یا کوله‌پشتی متفاوت باشد، چگونه کار تغییر می‌کند؟
  4. چطور می‌توان انرژی پتانسیل گرانشی را محاسبه کرد؟
  5. اگر سرعت آسانسور تغییر کند، اثر آن بر کار چطور خواهد بود؟

نکته: برای محاسبه کار، دقت کنید که نیروی وارد شده باید در جهت حرکت (در اینجا عمودی) قرار داشته باشد.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Work and Energy
Newton's Laws
Force Calculation

Formulas

F = (m + m_bag) * g
W = F * d

Theorems

Work-Energy Theorem
Newton's Second Law

Suitable Grade Level

Grades 10-12