Чтобы решить эту задачу, нужно учесть законы движения тела под действием силы тяжести. В данном случае, тело бросают вертикально вниз с начальной скоростью ( v_0 = 10 \, \text{м/с} ), а начальная высота ( h = 100 \, \text{м} ).
Основное уравнение движения для такого случая можно записать как:
[ h(t) = h_0 + v_0 t + \frac{1}{2} g t^2 ]
где:
- ( h(t) ) — высота тела над поверхностью Земли в момент времени ( t ),
- ( h_0 = 100 \, \text{м} ) — начальная высота,
- ( v_0 = 10 \, \text{м/с} ) — начальная скорость,
- ( g = 9.8 \, \text{м/с}^2 ) — ускорение свободного падения,
- ( t ) — время в секундах.
Мы ищем время ( t ), когда тело достигнет поверхности Земли, то есть ( h(t) = 0 ). Подставим известные значения в уравнение и решим его относительно ( t ):
[ 0 = 100 + 10t - \frac{1}{2} \cdot 9.8 \cdot t^2 ]
Это уравнение можно упростить до:
[ 0 = 100 + 10t - 4.9t^2 ]
Теперь приведем его к стандартному квадратному уравнению:
[ 4.9t^2 - 10t - 100 = 0 ]
Решим это квадратное уравнение с помощью формулы:
[ t = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} ]
где:
- ( a = 4.9 ),
- ( b = -10 ),
- ( c = -100 ).
Подставим значения:
[ t = \frac{-(-10) \pm \sqrt{(-10)^2 - 4 \cdot 4.9 \cdot (-100)}}{2 \cdot 4.9} ]
[ t = \frac{10 \pm \sqrt{100 + 1960}}{9.8} ]
[ t = \frac{10 \pm \sqrt{2060}}{9.8} ]
Посчитаем дискриминант:
[ \sqrt{2060} \approx 45.4 ]
Теперь найдем ( t ):
[ t_1 = \frac{10 + 45.4}{9.8} \approx 5.66 \, \text{с} ]
[ t_2 = \frac{10 - 45.4}{9.8} ]
Второе значение будет отрицательным, что не имеет физического смысла в контексте нашей задачи (отрицательное время). Поэтому мы берем только положительное значение:
Таким образом, тело достигнет поверхности Земли примерно через ( 5.66 ) секунд.