جواب معرکه
سلام داش خوبی...
برای حل این مسئله، از قانون پایستگی انرژی استفاده میکنیم. انرژی پتانسیل گرانشی جسم در ارتفاع 30 متری به انرژی جنبشی در لحظه برخورد با زمین و کار نیروی مقاومت هوا تبدیل میشود.
ابتدا انرژی پتانسیل گرانشی جسم را محاسبه میکنیم:
Ep = mgh که در آن:
m جرم جسم (بر حسب کیلوگرم) است.
g شتاب گرانشی (تقریباً 9.8 متر بر مجذور ثانیه) است.
h ارتفاع (30 متر) است.
بنابراین: Ep = m * 9.8 * 30 = 294m ژول
سپس انرژی جنبشی جسم را در لحظه برخورد با زمین محاسبه میکنیم:
Ek = (1/2)mv² که در آن:
m جرم جسم (بر حسب کیلوگرم) است.
v سرعت جسم در لحظه برخورد (20 متر بر ثانیه) است.
بنابراین: Ek = (1/2)m * 20² = 200m ژول
طبق قانون پایستگی انرژی، مجموع انرژی پتانسیل گرانشی اولیه و کار نیروی مقاومت هوا برابر با انرژی جنبشی در لحظه برخورد است:
Ep + W = Ek
که در آن W کار نیروی مقاومت هوا (-30 ژول) است (منفی چون نیروی مقاومت در خلاف جهت حرکت است).
پس داریم:
294m - 30 = 200m
با حل این معادله برای m:
94m = 30
m = 30/94 ≈ 0.319 کیلوگرم
بنابراین جرم جسم تقریباً 0.319 کیلوگرم است.
یعنی گزینه ۱