В течение какого временного промежутка тело, брошенное вертикально вверх со скоростью v0=32 м/с с поверхности земли, вернется и упадет обратно на землю? Учтите, что сила сопротивления воздуха не зависит от скорости и составляет n=0,6 от силы тяжести, действующей на тело.
Морской_Сказочник
Для решения этой задачи, нам понадобятся основные законы движения и уравнение свободного падения.
1. Первым шагом нужно разбить движение тела на две фазы - подъем и спуск. В фазе подъема тело будет замедляться из-за силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Во время спуска тело будет ускоряться из-за силы тяжести и силы сопротивления воздуха будет действовать вниз.
2. Найдем время подъема. В начале движения вертикальная составляющая начальной скорости равна нулю, и после этого тело будет двигаться против гравитации. Мы можем использовать уравнение для вертикальной составляющей скорости: , где - вертикальная составляющая скорости, - начальная скорость, - ускорение свободного падения, - время. Когда тело достигнет точки максимальной высоты, его вертикальная скорость будет . Тогда мы можем записать . Решим это уравнение относительно :
3. Теперь найдем время спуска. Когда тело вернется на землю, его вертикальная составляющая скорости будет . Используем уравнение для вертикальной составляющей скорости с учетом наличия силы сопротивления воздуха: , где - сила тяжести, - коэффициент сопротивления воздуха, - масса тела. Подставим значения и решим это уравнение относительно :
Так как не может быть равно нулю, получаем , то есть .
4. Заметим, что в условии задачи сказано, что сила сопротивления воздуха составляет от силы тяжести. Но из предыдущего уравнения получаем . Это означает, что сила сопротивления воздуха направлена вниз и равна по величине силе тяжести. Таким образом, сила сопротивления воздуха равна .
5. Учитывая, что мы рассматриваем только абсолютное значение силы сопротивления воздуха, можем заменить отрицательные значения на положительные.
6. Итак, мы получили, что сила сопротивления воздуха будет равна и имеет ту же величину, что и сила тяжести, но направлена вниз.
7. Теперь мы можем найти время спуска, используя уравнение для вертикальной составляющей скорости:
Подставим значения:
Так как не может быть равно нулю, получаем , что является ложным утверждением.
8. Наше предположение о том, что тело вернется и упадет обратно на землю, неверно. Получается, что тело, брошенное вертикально вверх со скоростью м/с, не вернется и не упадет обратно на землю.
Это и есть наш окончательный ответ.
1. Первым шагом нужно разбить движение тела на две фазы - подъем и спуск. В фазе подъема тело будет замедляться из-за силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Во время спуска тело будет ускоряться из-за силы тяжести и силы сопротивления воздуха будет действовать вниз.
2. Найдем время подъема. В начале движения вертикальная составляющая начальной скорости равна нулю, и после этого тело будет двигаться против гравитации. Мы можем использовать уравнение для вертикальной составляющей скорости:
3. Теперь найдем время спуска. Когда тело вернется на землю, его вертикальная составляющая скорости будет
Так как
4. Заметим, что в условии задачи сказано, что сила сопротивления воздуха составляет
5. Учитывая, что мы рассматриваем только абсолютное значение силы сопротивления воздуха, можем заменить отрицательные значения на положительные.
6. Итак, мы получили, что сила сопротивления воздуха будет равна
7. Теперь мы можем найти время спуска, используя уравнение для вертикальной составляющей скорости:
Подставим значения:
Так как
8. Наше предположение о том, что тело вернется и упадет обратно на землю, неверно. Получается, что тело, брошенное вертикально вверх со скоростью
Это и есть наш окончательный ответ.
Знаешь ответ?