برای حل این مسئله، از قانون بقای انرژی استفاده میکنیم. در حالتی که جسم در بالاترین نقطه قرار دارد، انرژی پتانسیل گرانشی آن بیشترین مقدار و انرژی جنبشی آن صفر است. وقتی جسم به پایین میآید، این انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل میشود.
فرض کنید طول طناب \(L = 25\, \text{cm}\) باشد. زاویه به \(30\) درجه داده شده است. ابتدا باید ارتفاع افتادن جسم را بیابیم:
\[ h = L (1 - \cos(\theta)) \]
جایی که \(\theta = 30^\circ\).
ابتدا \(\cos(30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2}\) را محاسبه میکنیم.
\[ h = 25 \left(1 - \frac{\sqrt{3}}{2}\right) \, \text{cm} \]
\[ h = 25 \times \left(1 - 0.866\right) \, \text{cm} \]
\[ h \approx 25 \times 0.134 \, \text{cm} \]
\[ h \approx 3.35 \, \text{cm} \]
حالا انرژیهای موجود را بررسی میکنیم:
در بالاترین نقطه:
\[ U_i = mgh \]
در پایینترین نقطه:
\[ K_f = \frac{1}{2} mv^2 \]
با استفاده از قانون بقای انرژی:
\[ U_i = K_f \]
\[ mgh = \frac{1}{2} mv^2 \]
\(m\) از دو طرف حذف میشود و میماند:
\[ gh = \frac{1}{2} v^2 \]
\[ v^2 = 2gh \]
\[ v = \sqrt{2gh} \]
فرض کنید \(g = 9.8\, \text{m/s}^2\) باشد (باید به متر تبدیل کنیم، پس \(h = 0.0335\)):
\[ v = \sqrt{2 \times 9.8 \times 0.0335} \]
\[ v \approx \sqrt{0.6563} \]
\[ v \approx 0.81\, \text{m/s} \]
پس سرعت جسم بعد از رها شدن حدود \(0.81\, \text{m/s}\) خواهد بود.