问题
问答题
以5米/秒匀速上升的气球,当升到20米高时,从气球上落下一小球,小球的质量为500克,小球在运动过程中遇到的阻力是0.1牛,求经过多长时间达到地面.
答案
小球在离开气球前,随气球一起向上做匀速直线运动.离开气球后,由于重力和阻力的作用,小球做匀减速直线运动上升,其初速度为5米/秒,其加速度由于重力和阻力二力之和而产生(如图1).小球达到最高点后,将做初速度为零的匀加速运动下落,其加速度由于重力和阻力二力之差而产生(如图2).
根据牛顿第二定律,小球在上升过程中有:mg+f=ma1,
∴a1=
=mg+f m
m/s2=10m/s20.5×9.8+0.1 0.5
上升的高度h1=
=1.25m- v 20 2a1
上升的时间:t=
=0.5s-v0 -a
小球从最高点下落的过程中,由牛顿第二定律得
mg-f=ma2(向下为正
∴a2=
=mg-f m
m/s2=9.6m/s20.5×9.8-0.1 0.5
又由于下落高度h2=h1+H0=1.25m+20m=21.25m,
再由运动学公式得t2=
=2.1s2h2 a2
所以小球从离开气球到到达地面所用时间秒t=t1+t2=2.6s.
答:经过2.6s时间达到地面.