На поверхности Земли расстояние до центра планеты составляет 1R. На высоте 3R расстояние до центра планеты составляет R + h = 4R Поскольку сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами взаимодействующих тел, при увеличении расстояния в четверо, сила уменьшается в квадрат четырёх, то есть в 16 раз. Коль скоро ускорение пропорционально силе, ускорение также уменьшится в 16 раз. Следовательно, на высоте, равной трём радиусам Земли ускорение свободного падения составляет g/16: F(4R)/F(R) = a/g = R^2/(4R)^2 = 1/16 а = g/16 или, что то же самое, g = 16a
Дано:
v0 = 5 м/с
m = 300 г = 0,3 кг
g = 10 м/с²
Ek, h(max), h(max) при m' < m - ?
а) Начальная кинетическая энергия является максимальной:
Еk(max) = mv0²/2 = 0,3*5²/2 = 0,3*5*5/2 = 1,5*2,5 = 1,5*(2 + 0,5) = 3 + 0,75 = 3,75 Дж
b) Из закона сохранения механической энергии следует, что максимальная кинетическая энергия равна максимальной потенциальной энергии:
Еk(max) = Ep(max)
mv0²/2 = mgh(max) | : m
v0²/2 = gh(max)
h(max) = v0²/2g = 5²/(2*10) = (5*5)/(2*10) = 5/(2*2) = 5/4 = 1/4 + 4/4 = 0,25 + 1 = 1,25 м
с) Как было видно выше, высота не зависит от массы тела:
h(max) = v0²/2g - следовательно, высота не изменится.