Задание №21 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
С высоты 100 м мяч массой 2 кг падает из состояния покоя. Определите модуль работы силы сопротивления за время падения, равное 5 с. Движение мяча считать равноускоренным.
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
Для решения задачи воспользуемся законами кинематики и законом изменения механической энергии.
Дано:
Анализ и формулы:
1. Мяч падает с высоты . Если бы сопротивления воздуха не было, он падал бы с ускорением свободного падения . Однако наличие силы сопротивления делает его ускорение меньше, чем .
2. Согласно условию, движение равноускоренное. Пройденный путь (высота ) при движении из состояния покоя вычисляется по формуле:
Отсюда мы можем найти реальное ускорение мяча :
3. На мяч действуют две силы: сила тяжести , направленная вниз, и сила сопротивления , направленная вверх. По второму закону Ньютона в проекции на ось, направленную вниз:
Отсюда выразим модуль силы сопротивления:
4. Работа силы сопротивления при перемещении мяча на расстояние равна произведению модуля силы на пройденный путь и на косинус угла между силой и перемещением. Так как сила сопротивления направлена против движения, её работа отрицательна, а модуль работы равен:
Подставим выражение для силы:
Вычисления:
1. Найдем ускорение мяча:
2. Найдем модуль работы силы сопротивления:
Проверка размерности:
Ответ: 400 Дж
Источник: ФИПИ