Какова величина силы сопротивления воздуха, действующей на силикатный блок массой 7,0 кг, который упал с высоты 7,0 м без начальной скорости, если его скорость при достижении поверхности Земли составляет 36 км/ч?
Для решения этой задачи нам нужно использовать закон сохранения энергии и формулу для силы сопротивления воздуха. Давайте разберем шаги по порядку.
Шаг 1: Переведем скорость в метры в секундуСначала преобразуем скорость блока из километров в час в метры в секунду, так как это более удобные единицы для расчетов. Мы знаем, что:
Таким образом, скорость 36 км/ч будет равна:
Потенциальная энергия (Ep) блока на высоте рассчитывается по формуле:
Ep = m * g * h
где:
Подставим значения:
Ep = 7.0 * 9.81 * 7.0 = 7.0 * 68.67 = 480.69 Дж
Шаг 3: Найдем кинетическую энергию блока при достижении поверхности ЗемлиКинетическая энергия (Ek) блока при скорости 10 м/с рассчитывается по формуле:
Ek = 0.5 * m * v²
где:
Подставим значения:
Ek = 0.5 * 7.0 * (10)² = 0.5 * 7.0 * 100 = 350 Дж
Шаг 4: Найдем работу силы сопротивления воздухаРабота (A) силы сопротивления воздуха равна разности между потенциальной энергией и кинетической энергией:
A = Ep - Ek
Подставим значения:
A = 480.69 - 350 = 130.69 Дж
Шаг 5: Найдем время падения блокаДля этого воспользуемся формулой, связывающей путь, скорость и время:
h = v * t
где:
Тогда:
t = h / v = 7.0 / 10 = 0.7 с
Шаг 6: Найдем силу сопротивления воздухаСила сопротивления (F) может быть найдена через работу и время:
A = F * t
Отсюда:
F = A / t
Подставим значения:
F = 130.69 / 0.7 ≈ 186.7 Н
Ответ: Величина силы сопротивления воздуха, действующей на силикатный блок, составляет примерно 186.7 Н.