Từ một chiếc cầu cao 8m so với mặt nước một vật có khối lượng 200g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 6m/s. Chọn gốc thế năng ở mặt nước. Xác đinh:
a. Độ cao cực đại so với mặt nước mà vật nhận được.
b. Độ cao của vật so với mặt nước khi động năng bằng thế năng
c. Vận tốc của vật khi chạm nước
d. Khi vật chạm nước, vật đi sâu vào trong nước một đoạn 50cm thì vận tốc chỉ còn một nữa so với vận tốc lúc chạm nước. Tính lực cản trung bình của nước tác dụng vào vật
Đáp án:
a. $9,8m$
b. $4,9m$
c. $14m/s$
d. $31,4N$
Giải thích các bước giải:
Cơ năng vật tại nơi ném:
$W_A=Wđ_A+Wt_A=\frac{1}{2}mv_A^2+mgh_A$
$\Leftrightarrow W_A=\frac{1}{2}.0,2.6^2+0,2.10.8$
$\Rightarrow W_A=19,6J$
a. Bảo toàn cơ năng tìm độ cao cực đại:
$W_A=W_B=Wđ_B+Wt_B=0+mgh_B$
$\Leftrightarrow 19,6=0,2.10.h_B$
$\Rightarrow h_B=9,8m$
b. Độ cao khi Wđ=Wt:
$W_A=W_C=Wđ_C+Wt_C=2Wt_C=2mgh_C$
$\Leftrightarrow 19,6=2.0,2.10.h_C$
$\Rightarrow h_C=4,9m$
c. Vận tốc chạm nước:
$W_A=W_D=Wđ_D+Wt_D=\frac{1}{2}mv_D^2+0$
$\Leftrightarrow 19,6=\frac{1}{2}.0,2.v_D^2$
$\Rightarrow v_D=14m/s$
d. Áp dụng định lí động năng tìm lực cản:
$Wđ_E-Wđ_D=A_P+A_{Fc}$
$\Leftrightarrow \frac{1}{2}mv_E^2-\frac{1}{2}mv_D^2=mgh-Fc.h$
$\Leftrightarrow \frac{1}{2}.0,2.(7^2-14^2)=0,2.10.0,5-Fc.0,5$
$\Rightarrow Fc=31,4N$