một vật có khối lượng m=1kg được ném lên cao theo phương thẳng đứng với vận tốc v=10m/s từ độ cao 5m so với mặt đất, lấy g=10m/s2, bỏ qua sức cản không khí hãy tính:
a) Cơ năng của vật tại vị trí ném.
b) Độ cao của vật khi vận tốc của vật là 5m/s.
c) Vận tốc của vật khi cách mặt đất 2m
d) Vận tốc của vật khi chạm đất
e) Khi xuống tới mặt đất,vật lún sâu vào đất 1cm. Tính lực cản trung bình của đất
Đáp án:
$\begin{array}{l}
a.100J\\
b.8,75\left( m \right)\\
c.12,65\left( {m/s} \right)\\
d.14,14m/s\\
e.10010N
\end{array}$
Giải thích các bước giải:
Chọn mốc thế năng tại mặt đất
Cơ năng được bảo toàn
a. Cơ năng của vật tại vị trí ném.
$W = \frac{1}{2}mv_0^2 + mg{h_0} = \frac{1}{2}{.1.10^2} + 1.10.5 = 100J$
b) Độ cao của vật khi vận tốc của vật là 5m/s.
$\begin{array}{l}
{W_t} = W – {W_d}\\
\Rightarrow mgh = W – \frac{1}{2}m{v^2}\\
\Rightarrow 1.10.h = 100 – \frac{1}{2}{.1.5^2}\\
\Rightarrow h = 8,75\left( m \right)
\end{array}$
c) Vận tốc của vật khi cách mặt đất 2m
$\begin{array}{l}
{W_d} = W – {W_t}\\
\Rightarrow \frac{1}{2}m{v^2} = W – mgh\\
\Rightarrow \frac{1}{2}.1.{v^2} = 100 – 1.10.2\\
\Rightarrow v = 12,65\left( {m/s} \right)
\end{array}$
d) Vận tốc của vật khi chạm đất
$\begin{array}{l}
W = {W_{dc}} = \frac{1}{2}mv_c^2\\
\Rightarrow \frac{1}{2}.1.v_c^2 = 100\\
\Rightarrow {v_c} = 14,14m/s
\end{array}$
e. Lực cản trung bình của đất
s = 1cm = 0,01m
Áp dụng định lí biến thiên động năng
$\begin{array}{l}
0 – {W_{dc}} = {A_p} + {A_{{F_c}}}\\
\Rightarrow – W = mgs – {F_c}.s\\
\Rightarrow – 100 = 1.10.0,01 – {F_c}.0,01\\
\Rightarrow F = 10010N
\end{array}$