Cismin L noktasındaki kinetik enerjisini bulmak için İş-Enerji Teoremi'ni kullanacağız. İş-Enerji Teoremi'ne göre, cisme etki eden net kuvvetin yaptığı iş, cismin kinetik enerjisindeki değişime eşittir.
Başlangıçta cisim K noktasında durduğu için ilk kinetik enerjisi $KE_K = 0$'dır.
Bu durumda, L noktasındaki kinetik enerji ($KE_L$), cisme K'den L'ye gelene kadar yapılan net işe ($W_{net}$) eşit olacaktır:
$$W_{net} = KE_L - KE_K \Rightarrow W_{net} = KE_L - 0 \Rightarrow KE_L = W_{net}$$
- 1. Eğik düzlemdeki mesafeyi (L) hesaplayalım:
- 2. Çekme kuvvetinin yaptığı işi ($W_F$) hesaplayalım:
- 3. Yerçekimi kuvvetinin yaptığı işi ($W_g$) hesaplayalım:
- 4. Net işi ($W_{net}$) hesaplayalım:
- 5. L noktasındaki kinetik enerjiyi bulalım:
Yükseklik $h = 10 \text{ m}$ ve eğim açısı $30^\circ$ olarak verilmiştir. Eğik düzlemdeki mesafe L, $\sin(30^\circ) = \frac{h}{L}$ formülü ile bulunur.
$$L = \frac{h}{\sin(30^\circ)} = \frac{10 \text{ m}}{0.5} = 20 \text{ m}$$
Kuvvet $F = 50 \text{ N}$ ve mesafe $L = 20 \text{ m}$'dir. Kuvvet hareket yönünde olduğu için yaptığı iş pozitiftir.
$$W_F = F \times L = 50 \text{ N} \times 20 \text{ m} = 1000 \text{ J}$$
Cisim yukarı doğru hareket ettiği için yerçekimi kuvveti negatif iş yapar. Yerçekimi kuvvetinin yaptığı iş, potansiyel enerjideki değişimin negatifine eşittir.
Kütle $m = 3 \text{ kg}$, yerçekimi ivmesi $g = 10 \text{ m/s}^2$ ve yükseklik değişimi $h = 10 \text{ m}$'dir.
$$W_g = -mgh = -(3 \text{ kg} \times 10 \text{ m/s}^2 \times 10 \text{ m}) = -300 \text{ J}$$
(Normal kuvvetin yaptığı iş sıfırdır çünkü normal kuvvet yer değiştirmeye diktir.)
Net iş, tüm kuvvetlerin yaptığı işlerin toplamıdır.
$$W_{net} = W_F + W_g = 1000 \text{ J} - 300 \text{ J} = 700 \text{ J}$$
İş-Enerji Teoremi'ne göre $KE_L = W_{net}$ olduğu için:
$$KE_L = 700 \text{ J}$$
Cevap B seçeneğidir.