برای حل این مسئله، ابتدا باید مفهوم انرژی جنبشی و افزایش آن را درک کنیم.
انرژی جنبشی با فرمول زیر محاسبه میشود:
\[
K = \frac{1}{2} m v^2
\]
که \( m \) جرم و \( v \) سرعت است.
در این مسئله دادههای زیر را داریم:
- جرم \( m = 860 \) کیلوگرم
- سرعت اولیه \( v_1 = 20 \) متر بر ثانیه
- افزایش انرژی جنبشی \( 46\%\) است.
ابتدا انرژی جنبشی اولیه را محاسبه میکنیم:
\[
K_1 = \frac{1}{2} \times 860 \times (20)^2 = 172000 \text{ ژول}
\]
انرژی جنبشی نهایی باید \( 46\%\) بیشتر باشد:
\[
K_2 = K_1 + 0.46 \times K_1 = 1.46 \times 172000 = 251120 \text{ ژول}
\]
حال باید سرعت نهایی \( v_2 \) را پیدا کنیم:
\[
K_2 = \frac{1}{2} m v_2^2
\]
پس:
\[
251120 = \frac{1}{2} \times 860 \times v_2^2
\]
\[
v_2^2 = \frac{251120 \times 2}{860}
\]
\[
v_2^2 = 584
\]
\[
v_2 = \sqrt{584} \approx 24.17
\]
نزدیکترین مقدار به گزینهها، گزینه 3: \( v_2 \approx 26 \) متر بر ثانیه است.