برای حل مسئله فیزیک، ابتدا باید ارتباط بین انرژی، کار و حرکت را بررسی کنیم.
1. **نیروی وزن توپ**: توپ نیروی وزنی معادل \( 8 \, \text{N} \) دارد.
2. **ارتفاع توپ**: توپ از ارتفاع \( h = 22 \, \text{متر} \) رها شده است.
3. **شتاب گرانش**: \( g = 10 \, \frac{\text{متر}}{\text{ثانیه}^2} \).
4. **کار انجام شده توسط مقاومت هوا**: \( W = -16 \, \text{ژول} \).
5. **رابطه کار و انرژی جنبشی**:
انرژی پتانسیل اولیه توپ برابر است با:
\[
U = m \cdot g \cdot h = 8 \times 22 = 176 \, \text{ژول}
\]
انرژی جنبشی نهایی توپ، با در نظر گرفتن کار مقاومت هوا:
\[
K = U + W = 176 - 16 = 160 \, \text{ژول}
\]
6. **رابطه انرژی جنبشی و سرعت**:
\[
K = \frac{1}{2} m v^2 \]
با توجه به اینکه \( m = \frac{8}{10} = 0.8 \, \text{کیلوگرم} \):
\[
160 = \frac{1}{2} \times 0.8 \times v^2
\]
\[
v^2 = \frac{160 \times 2}{0.8} = 400
\]
\[
v = \sqrt{400} = 20 \, \text{متر بر ثانیه}
\]
پاسخ صحیح گزینه (4) است: \( 20 \, \text{متر بر ثانیه} \).
