Для решения этой задачи воспользуемся законами сохранения энергии.
Начальная кинетическая энергия тела, которое было брошено вверх с начальной скоростью (v_0), равна:
[K_0 = \frac{1}{2} m v_0^2]
Потенциальная энергия тела на высоте (h) равна:
[U = mgh]
По условию задачи, кинетическая энергия на высоте (h) должна быть в два раза больше потенциальной:
[K = 2U]
Кинетическая энергия на высоте (h) будет равна:
[K = \frac{1}{2} m v^2]
Здесь (v) — скорость тела на высоте (h). Согласно закону сохранения механической энергии, мы можем записать:
[K_0 = K + U]
Подставляем выражения для кинетической и потенциальной энергии:
[\frac{1}{2} m v_0^2 = \frac{1}{2} m v^2 + mgh]
Сократим (m) (при условии, что (m \neq 0)):
[\frac{1}{2} v_0^2 = \frac{1}{2} v^2 + gh]
Теперь, подставляем условие, что (K = 2U):
[\frac{1}{2} m v^2 = 2 mgh]
Сократим (m):
[\frac{1}{2} v^2 = 2gh]
Теперь выразим (v^2):
[v^2 = 4gh]
Теперь вернемся к уравнению, которое мы получили из закона сохранения энергии:
Заменим (v^2) на (4gh):
[\frac{1}{2} v_0^2 = \frac{1}{2} (4gh) + gh]
Упростим уравнение:
[\frac{1}{2} v_0^2 = 2gh + gh][\frac{1}{2} v_0^2 = 3gh]
Теперь выразим высоту (h):
[h = \frac{v_0^2}{6g}]
Таким образом, высота (h), на которой кинетическая энергия будет в два раза больше потенциальной, равна:
Для решения этой задачи воспользуемся законами сохранения энергии.
Начальная кинетическая энергия тела, которое было брошено вверх с начальной скоростью (v_0), равна:
[
K_0 = \frac{1}{2} m v_0^2
]
Потенциальная энергия тела на высоте (h) равна:
[
U = mgh
]
По условию задачи, кинетическая энергия на высоте (h) должна быть в два раза больше потенциальной:
[
K = 2U
]
Кинетическая энергия на высоте (h) будет равна:
[
K = \frac{1}{2} m v^2
]
Здесь (v) — скорость тела на высоте (h). Согласно закону сохранения механической энергии, мы можем записать:
[
K_0 = K + U
]
Подставляем выражения для кинетической и потенциальной энергии:
[
\frac{1}{2} m v_0^2 = \frac{1}{2} m v^2 + mgh
]
Сократим (m) (при условии, что (m \neq 0)):
[
\frac{1}{2} v_0^2 = \frac{1}{2} v^2 + gh
]
Теперь, подставляем условие, что (K = 2U):
[
\frac{1}{2} m v^2 = 2 mgh
]
Сократим (m):
[
\frac{1}{2} v^2 = 2gh
]
Теперь выразим (v^2):
[
v^2 = 4gh
]
Теперь вернемся к уравнению, которое мы получили из закона сохранения энергии:
[
\frac{1}{2} v_0^2 = \frac{1}{2} v^2 + gh
]
Заменим (v^2) на (4gh):
[
\frac{1}{2} v_0^2 = \frac{1}{2} (4gh) + gh
]
Упростим уравнение:
[
\frac{1}{2} v_0^2 = 2gh + gh
]
[
\frac{1}{2} v_0^2 = 3gh
]
Теперь выразим высоту (h):
[
h = \frac{v_0^2}{6g}
]
Таким образом, высота (h), на которой кинетическая энергия будет в два раза больше потенциальной, равна:
[
h = \frac{v_0^2}{6g}
]