Камень, брошенный под углом к горизонту, упал на землю со скоростью 15 м/с. Чему равна максимальная высота подъема камня, если известно, что во время полета его наибольшая скорость была втрое больше, чем наименьшая?
от

1 Ответ

Дано:
- конечная скорость при падении V = 15 м/с
- наибольшая скорость V_max = 3 * V_min

Найти:
- максимальную высоту подъема камня H.

Решение:

1. Обозначим наименьшую скорость как V_min. Тогда наибольшая скорость будет равна V_max = 3 * V_min.

2. В момент, когда камень падает, его скорость V равна 15 м/с. Мы знаем, что V_max происходит на максимальной высоте, и тогда V_min — это скорость в момент, когда камень только начинает движение вверх.

3. Используем закон сохранения энергии для определения максимальной высоты.

   Полная механическая энергия в начале (внизу) равна полной механической энергии на максимальной высоте (где V_max = 0):

   E_initial = E_max_height

   1/2 * m * V_min^2 = m * g * H + 1/2 * m * V_max^2

   Здесь m — масса камня, g — ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²).

4. Упрощаем уравнение с учетом того, что масса m сокращается:

   1/2 * V_min^2 = g * H + 1/2 * V_max^2

5. Подставляем V_max и получаем:

   1/2 * V_min^2 = g * H + 1/2 * (3 * V_min)^2

   1/2 * V_min^2 = g * H + 1/2 * 9 * V_min^2

6. Упрощаем:

   1/2 * V_min^2 - 9/2 * V_min^2 = g * H

   -4 * V_min^2 = 2 * g * H

   H = -2 * V_min^2 / (-4) = V_min^2 / 2

7. Чтобы найти V_min, используем соотношение между скоростями в момент падения и минимальной:

   V = sqrt(V_min^2 + 2 * g * H)

   Подставим H = V_min^2 / 2:

   15 = sqrt(V_min^2 + 2 * g * (V_min^2 / 2))

   15 = sqrt(V_min^2 + g * V_min^2)

   15 = sqrt(V_min^2 * (1 + g))

8. Квадратируем обе стороны:

   225 = V_min^2 * (1 + g)

   V_min^2 = 225 / (1 + g)

   Подставляем g = 9.81:

   V_min^2 = 225 / (1 + 9.81) = 225 / 10.81 ≈ 20.81

9. Теперь подставим V_min^2 в формулу для высоты:

   H = V_min^2 / 2 ≈ 20.81 / 2 ≈ 10.41 м

Ответ:
Максимальная высота подъема камня составляет примерно 10.41 м.
от