Тело падает без начальной скорости с высоты 20 м и в момент падения на землю имело скорость 16 м/с.

Ответы на вопрос

Отвечает Ежова Иляна.

Для того чтобы определить среднюю силу сопротивления воздуха, давайте рассмотрим движение тела и применим законы физики.

Шаг 1. Определение скорости при падении

Сначала определим скорость тела в момент падения. Это нам даёт условие задачи: скорость на момент соприкосновения с землёй составляет 16 м/с. Мы также знаем, что тело падает с высоты 20 м, и начальная скорость равна 0 м/с.

В идеальных условиях (без сопротивления воздуха) можно бы было использовать формулу для расчёта скорости при падении с высоты:

v = \sqrt{2gh}

где:

$g$ — ускорение свободного падения ( $g \approx 9.8 \, м/с^2$ ),
$h$ — высота падения (20 м).

Подставим значения:

v = \sqrt{2 \cdot 9.8 \cdot 20} = \sqrt{392} \approx 19.8 \, м/с

То есть, без сопротивления воздуха тело достигло бы скорости около 19.8 м/с, но по условию задачи его скорость на момент удара о землю составляет 16 м/с. Это значит, что сопротивление воздуха замедляло тело, и его фактическая скорость при падении меньше теоретической.

Шаг 2. Определение работы силы сопротивления воздуха

Для того чтобы найти среднюю силу сопротивления воздуха, нам нужно рассчитать работу этой силы.

Работа силы сопротивления воздуха равна разнице между теоретической механической энергией (без сопротивления воздуха) и фактической механической энергией (с учётом сопротивления).

Теоретическая механическая энергия на момент падения:

Это энергия тела, если бы оно падало без сопротивления воздуха. Она определяется как:

E_{\text{теор}} = mgh

где:

$m$ — масса тела (1 кг),
$h$ — высота падения (20 м),
$g$ — ускорение свободного падения (9.8 м/с²).

Подставляем значения:

E_{\text{теор}} = 1 \cdot 9.8 \cdot 20 = 196 \, Дж

Фактическая механическая энергия на момент падения:

Это энергия тела, которое упало с высоты 20 м и приобрело скорость 16 м/с. Механическая энергия в этом случае будет равна кинетической энергии:

E_{\text{факт}} = \frac{1}{2} m v^2

где $v = 16 \, м/с$ — скорость в момент падения.

Подставляем значения:

E_{\text{факт}} = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot (16)^2 = \frac{1}{2} \cdot 256 = 128 \, Дж

Шаг 3. Вычисление работы силы сопротивления

Работа силы сопротивления воздуха равна разнице между теоретической и фактической энергиями:

A_{\text{сопр}} = E_{\text{теор}} - E_{\text{факт}} = 196 - 128 = 68 \, Дж

Шаг 4. Определение средней силы сопротивления

Теперь можем найти среднюю силу сопротивления воздуха. Для этого нужно использовать формулу работы силы:

A = F \cdot d

где:

$A$ — работа (68 Дж),
$F$ — сила сопротивления,
$d$ — путь, пройденный телом (в данном случае это высота падения, $d = 20 \, м$ ).

Решим относительно силы $F$ :

F = \frac{A}{d} = \frac{68}{20} = 3.4 \, Н

Ответ:

Средняя сила сопротивления воздуха при падении тела равна 3.4 Н.

Ответы на вопрос

Шаг 1. Определение скорости при падении

Шаг 2. Определение работы силы сопротивления воздуха

Шаг 3. Вычисление работы силы сопротивления

Шаг 4. Определение средней силы сопротивления

Ответ:

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика