Một vật khối lượng 1kg rơi không vận tốc đầu từ độ cao 120 m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng tại mặt đất, bỏ qua sức cản của không khí, lấy g = 10 m/s2 . a) Vận tốc của vật khi chạm đất. b) Vị trí của vật mà tại đó động năng bằng ba lần thế năng. c) Động năng của vật khi ở độ cao bằng một nữa độ cao cực đại d) (Nâng cao) Sau khi chạm đất, vật bị lún xuống 20 cm rồi dừng lại, tính lực cản trung bình của mặt đất tác dụng lên vật?
Đáp án:
$\begin{align}
& a){{v}_{max}}=20\sqrt{6}m/s \\
& b)h=30m \\
& c){{\text{W}}_{d}}=600J \\
& d){{F}_{c}}=6010N \\
\end{align}$
Giải thích các bước giải:
$m=1kg;{{h}_{0}}=120m$
Cơ năng tại vị trí rơi:
$\text{W}={{\text{W}}_{tmax}}=m.g.{{h}_{0}}=1.10.120=1200J$
a) bảo toàn cơ năng tại mặt đất
$\begin{align}
& \text{W}={{\text{W}}_{dmax}} \\
& \Leftrightarrow 1200=\dfrac{1}{2}.m.v_{max}^{2} \\
& \Leftrightarrow 1200=\dfrac{1}{2}.1.v_{max}^{2} \\
& \Rightarrow {{v}_{max}}=20\sqrt{6}m/s \\
\end{align}$
b) Wd=3Wt
Bảo toàn cơ năng:
$\begin{align}
& \text{W}={{\text{W}}_{d}}+{{\text{W}}_{t}} \\
& \Leftrightarrow \text{W}=4{{\text{W}}_{t}} \\
& \Leftrightarrow 1200=4.1.10.h \\
& \Rightarrow h=30m \\
\end{align}$
c) h’=60m
Bảo toàn cơ năng:
$\begin{align}
& \text{W}={{\text{W}}_{d}}+{{\text{W}}_{t}} \\
& \Leftrightarrow 1200={{\text{W}}_{d}}+1.10.60 \\
& \Rightarrow {{\text{W}}_{d}}=600J \\
\end{align}$
d) Cơ năng tại vị trí cách mặt đất 20cm
$\begin{align}
& \text{W}’=\text{W}{{\text{ }\!\!’\!\!\text{ }}_{t}}=m.g.z \\
& \text{W}’=1.10.(-0,2)=-2J \\
\end{align}$
ta có:
$\begin{align}
& \text{W}’-\text{W}={{A}_{c}} \\
& \Leftrightarrow -2-1200={{F}_{c}}.S.cos180 \\
& \Rightarrow {{F}_{c}}=\dfrac{-2-1200}{0,2.cos180}=6010N \\
\end{align}$