برای حل این مسئله، ابتدا باید انرژی جنبشی اولیه و انرژی پتانسیل را در نظر بگیریم.
به طور کلی، اصل پایستگی انرژی مکانیکی را میتوان اینگونه نوشت:
\[
E_k + E_p = ثابت
\]
انرژی جنبشی (Ek) را میتوان به صورت زیر محاسبه کرد:
\[
E_k = \frac{1}{2}mv^2
\]
و انرژی پتانسیل ثقلی (Ep) به صورت زیر محاسبه میشود:
\[
E_p = mgh
\]
در این مسئله، انرژی جنبشی اولیه به صورت زیر است:
\[
E_{k0} = \frac{1}{2}m(30)^2
\]
نکته: جرم گلوله \( m \) در محاسبات انرژی به دلیل کسر شدن از طرفین حذف میشود و نیازی به دانستن آن نیست.
حال، میخواهیم بفهمیم که در چه ارتفاعی انرژی جنبشی نصف میشود. اگر انرژی جنبشی نصف شود، انرژی جنبشی جدید برابر خواهد بود با:
\[
E_{k} = \frac{1}{2} \times \frac{1}{2}m(30)^2 = \frac{1}{4}m(30)^2
\]
از طرفی، طبق پایستگی انرژی:
\[
\frac{1}{2}m(30)^2 = \frac{1}{4}m(30)^2 + mgh
\]
حالا با حذف جرم \( m \) از معادله و محاسبه ارتفاع \( h \):
\[
\frac{1}{2}(30)^2 - \frac{1}{4}(30)^2 = gh
\]
\[
\frac{1}{4}(30)^2 = gh
\]
جایگذاری g = 9.8:
\[
h = \frac{225}{9.8} \approx 22.96 \, \text{متر}
\]
بنابراین، در ارتفاع تقریباً \( 22.96 \) متری از سطح زمین، انرژی جنبشی گلوله نصف انرژی پتانسیل آن خواهد شد.