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