Какова начальная скорость камешка, брошенного вертикально вверх с поверхности Земли, если наблюдатель на балконе заметил, что он пролетел мимо него дважды: первый раз через 2,1 секунды и второй раз через 2,9 секунды после броска? Учитывая, что ускорени...
Какова начальная скорость камешка, брошенного вертикально вверх с поверхности Земли, если наблюдатель на балконе заметил, что он пролетел мимо него дважды: первый раз через 2,1 секунды и второй раз через 2,9 секунды после броска? Учитывая, что ускорение свободного падения составляет примерно 10 м/с² и пренебрегая сопротивлением воздуха, как можно вычислить эту скорость, округляя до ближайшего целого значения?
Чтобы найти начальную скорость камешка, брошенного вертикально вверх, воспользуемся уравнением движения с постоянным ускорением. Мы знаем, что ускорение свободного падения g равно 10 м/с² и что камешек проходит мимо наблюдателя дважды.
Давайте разберем шаги решения:
1. **Определим время полета**:
Камешек проходит мимо наблюдателя дважды: первый раз через 2,1 секунды, а второй раз через 2,9 секунды. Это значит, что время, за которое камешек поднимается до максимальной высоты и падает обратно до уровня наблюдателя, составляет:
- Время подъема до максимальной высоты: 2,1 секунды.
- Время спуска с максимальной высоты до наблюдателя: 2,9 - 2,1 = 0,8 секунды.
2. **Общее время полета**:
Общее время полета камешка от момента броска до момента, когда он снова проходит мимо наблюдателя, равно:
- Общее время = 2,9 секунды.
3. **Используем уравнение движения**:
Мы можем использовать уравнение для вертикального движения:
h = v0 * t - (g * t^2) / 2,
где h - высота, v0 - начальная скорость, t - время, g - ускорение свободного падения.
Для максимальной высоты (время подъема 2,1 секунды):
h_max = v0 * 2,1 - (10 * (2,1)^2) / 2.
4. **Время спуска**:
Для времени спуска (0,8 секунды) высота будет равна той же самой максимальной высоте:
h_max = 0 - (10 * (0,8)^2) / 2.
5. **Приравняем два выражения для h_max**:
Теперь мы можем приравнять два выражения для h_max:
v0 * 2,1 - (10 * (2,1)^2) / 2 = (10 * (0,8)^2) / 2.
6. **Подставим значения и решим уравнение**:
Подставим значения:
v0 * 2,1 - (10 * 4,41) / 2 = (10 * 0,64) / 2,
v0 * 2,1 - 22,05 = 3,2.
Теперь решим уравнение:
v0 * 2,1 = 22,05 + 3,2,
v0 * 2,1 = 25,25,
v0 = 25,25 / 2,1.
7. **Вычислим начальную скорость**:
v0 ≈ 12,04 м/с.
8. **Округлим до ближайшего целого значения**:
Начальная скорость камешка составляет примерно 12 м/с.
Таким образом, начальная скорость камешка, брошенного вертикально вверх, равна 12 м/с.