Pregunta
upstudy study bank question image url

A boll is lauched uptards into the air at \( 20 \mathrm{~m} / \mathrm{s} \) from the top of a building that is 50 m high . It then taalis past the building and hits the ground. 1. Determine how long it takes for the ball to reach its highest point aboue the ground a. What is the bair's velocity when it passes point? 3. Whion is the same height at which it was lavened from? 4 Detamine the velocity of the ball when it hits the ground? 5. How long does it take to hit the ground 6. What is the balles maximum height from the ground?

Ask by Hobbs Harris. in South Africa
Jan 26,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

- **Time to reach highest point:** 2.04 seconds - **Velocity when passing launch point downward:** 20 m/s downward - **Time to return to launch height:** 4.08 seconds - **Velocity when hitting the ground:** 37.15 m/s downward - **Total time to hit the ground:** 5.83 seconds - **Maximum height above ground:** 70.38 meters

Solución

Sure, let's analyze the motion of the ball step by step based on the provided information. Here's a summary of the given data and the questions we'll address: **Given:** - **Initial velocity (\( u \))**: \( 20 \ \text{m/s} \) (upwards) - **Initial height (\( h_0 \))**: \( 50 \ \text{m} \) - **Acceleration due to gravity (\( g \))**: \( 9.8 \ \text{m/s}^2 \) (downwards) We'll adopt the convention that **upwards** is the **positive** direction. Let's tackle each question one by one. --- ### **1. Determine how long it takes for the ball to reach its highest point above the ground.** **Solution:** At the highest point, the vertical velocity (\( v \)) of the ball becomes **0 m/s**. Using the kinematic equation: \[ v = u + a t \] Where: - \( v = 0 \ \text{m/s} \) (velocity at the highest point) - \( u = 20 \ \text{m/s} \) - \( a = -g = -9.8 \ \text{m/s}^2 \) (since gravity acts downward) Plugging in the values: \[ 0 = 20 - 9.8 t \\ 9.8 t = 20 \\ t = \frac{20}{9.8} \\ t \approx 2.04 \ \text{seconds} \] **Answer:** It takes approximately **2.04 seconds** for the ball to reach its highest point above the ground. --- ### **2. What is the ball's velocity when it passes the point (assuming "point" refers to the initial launch point at 50 m height) on its way down?** **Solution:** Assuming "point" refers to the **launch height** of \( 50 \ \text{m} \), we need to find the velocity of the ball as it passes this height on its way down. We'll use the principle of **symmetry in projectile motion**, which states that the speed of the ball when passing the same height on the way down is equal in magnitude to its speed when passing that height on the way up. However, since the ball was launched **upwards**, it spends different times ascending and descending due to the initial upward velocity. But to accurately determine the velocity, we'll use the following approach. **Method 1: Conservation of Energy** Alternatively, we can calculate the velocity using energy conservation, but it's simpler to use kinematics here. **Method 2: Kinematic Equations** Let's determine the time it takes to return to the launch height and then find the velocity at that time. 1. **First**, calculate the total time to reach the highest point: \( t_1 = 2.04 \ \text{s} \) 2. **Next**, the time to descend back to the launch height is the same: \( t_2 = t_1 = 2.04 \ \text{s} \) 3. **Total time to reach the launch height again:** \( t = t_1 + t_2 = 4.08 \ \text{s} \) 4. **Now, use the velocity-time relation:** \[ v = u + a t \] \[ v = 20 + (-9.8)(4.08) \] \[ v = 20 - 40 \] \[ v = -20 \ \text{m/s} \] **Note:** The negative sign indicates the direction is downward. **Answer:** When passing the launch height on its way down, the ball's velocity is **20 m/s downward**. --- ### **3. When is the same height at which it was launched from?** **Interpretation:** This seems to ask **at what time** the ball returns to the launch height of **50 m**. **Solution:** As calculated in the previous step, the ball takes: - **2.04 seconds** to reach the highest point. - **2.04 seconds** to descend back to the launch height. **Total time to return to launch height:** \[ t = 2.04 + 2.04 = 4.08 \ \text{seconds} \] **Answer:** The ball returns to the launch height of **50 meters** after approximately **4.08 seconds**. --- ### **4. Determine the velocity of the ball when it hits the ground.** **Solution:** To find the velocity when the ball hits the ground, we'll consider the entire motion from the launch point to the ground. **Approach:** 1. **Determine the total displacement (\( s \)) from the launch point to the ground:** - Since the ball is launched from a height of \( 50 \ \text{m} \) and hits the ground, the total displacement is \( -50 \ \text{m} \) (downwards). 2. **Use the kinematic equation:** \[ v^2 = u^2 + 2 a s \] Where: - \( u = 20 \ \text{m/s} \) (upwards) - \( a = -9.8 \ \text{m/s}^2 \) - \( s = -50 \ \text{m} \) Plugging in the values: \[ v^2 = (20)^2 + 2(-9.8)(-50) \\ v^2 = 400 + 980 \\ v^2 = 1380 \\ v = \sqrt{1380} \\ v \approx 37.15 \ \text{m/s} \] **Direction:** Since the ball is moving downward when it hits the ground, the velocity is **downward**. **Answer:** When the ball hits the ground, its velocity is approximately **37.15 m/s downward**. --- ### **5. How long does it take to hit the ground?** **Solution:** To find the total time taken for the ball to hit the ground, we'll consider its motion from the launch point to the peak and then to the ground. **Approach:** Use the kinematic equation: \[ s = u t + \frac{1}{2} a t^2 \] Where: - \( s = -50 \ \text{m} \) (since the ball moves down from the launch point) - \( u = 20 \ \text{m/s} \) - \( a = -9.8 \ \text{m/s}^2 \) Plugging in the values: \[ -50 = 20 t - 4.9 t^2 \\ 4.9 t^2 - 20 t - 50 = 0 \] **Solving the quadratic equation for \( t \):** \[ t = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} \] Where: - \( a = 4.9 \) - \( b = -20 \) - \( c = -50 \) \[ t = \frac{20 \pm \sqrt{(-20)^2 - 4(4.9)(-50)}}{2(4.9)} \\ t = \frac{20 \pm \sqrt{400 + 980}}{9.8} \\ t = \frac{20 \pm \sqrt{1380}}{9.8} \\ t = \frac{20 \pm 37.15}{9.8} \] We discard the negative root since time cannot be negative: \[ t = \frac{20 + 37.15}{9.8} \\ t = \frac{57.15}{9.8} \\ t \approx 5.83 \ \text{seconds} \] **Answer:** It takes approximately **5.83 seconds** for the ball to hit the ground. --- ### **6. What is the ball's maximum height from the ground?** **Solution:** The maximum height is achieved at the topmost point of the ball's trajectory. **Approach:** 1. **Calculate the additional height gained while moving upwards:** \[ h_{\text{additional}} = u t + \frac{1}{2} a t^2 \] Where at the highest point: - \( u = 20 \ \text{m/s} \) - \( a = -9.8 \ \text{m/s}^2 \) - \( t = 2.04 \ \text{seconds} \) (time to reach the highest point) \[ h_{\text{additional}} = 20(2.04) + \frac{1}{2}(-9.8)(2.04)^2 \\ h_{\text{additional}} = 40.8 - 0.5 \times 9.8 \times 4.1616 \\ h_{\text{additional}} = 40.8 - 20.416 \\ h_{\text{additional}} = 20.384 \ \text{m} \] 2. **Total maximum height from the ground:** \[ h_{\text{max}} = h_0 + h_{\text{additional}} \] \[ h_{\text{max}} = 50 + 20.384 = 70.384 \ \text{m} \] **Answer:** The ball reaches a **maximum height of approximately 70.38 meters** above the ground. --- ### **Summary of Answers:** 1. **Time to highest point:** ≈ **2.04 seconds** 2. **Velocity when passing the launch height downward:** **20 m/s downward** 3. **Time to return to launch height:** ≈ **4.08 seconds** 4. **Velocity when hitting the ground:** ≈ **37.15 m/s downward** 5. **Total time to hit the ground:** ≈ **5.83 seconds** 6. **Maximum height above ground:** ≈ **70.38 meters**

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

error msg
Explicar
Simplifique esta solución

Extra Insights

To fully grasp the scenario, let's dig into some interesting concepts surrounding projectile motion and its implications. When launching a projectile like the ball in this case, it follows a parabolic trajectory under the influence of gravity. The equations of motion tell us that the time to reach the highest point is contingent on the initial velocity and gravitational acceleration. Here, the initial speed is \(20 \mathrm{~m/s}\) and gravity pulls it down at approximately \(9.81 \mathrm{~m/s}^2\). Specifically, it can take roughly 2.04 seconds for the ball to reach its peak height, where its velocity reduces to zero. Considering real-world applications, understanding projectile motion helps in myriad fields, from sports coaching (like perfecting a basketball shot) to engineering (designing safe amusement park rides), and even video game development. Engineers factor these principles into the trajectory of objects, ensuring both realism in design and safety in operation. So, every time you see a basketball swoosh in, or a roller coaster thrill, know that physics plays a crucial role in making it happen!

preguntas relacionadas

Latest Physics Questions

10. ถ้าปรับความถี่ให้มากุกว่าความถี่เรโซแนนซ์ผลของวงจรเป็นอย่างไร ก. ค่าของ \( X_{L} \) มากกว่าค่าของ \( X_{C} \) ข. ค่าของ \( X_{C} \) มากกว่าค่าของ \( X_{L} \) ค. ค่าความต้านทานมีค่าเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิม ง. ค่าของ \( X_{L} \) เท่ากับค่าของ \( X_{C} \) 11. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซอิมพีแดนซ์ของวงจรมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของค่าความต้านทาน ข. มีค่าเป็นรากที่สองของค่าความต้านทาน ค. มีค่าเท่ากับค่าความต้านทาน ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าความต้านทาน 12. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ข. มีค่วเห่ากับแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ค. มีค่าเป็นรากที่สองของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้ ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่ายที่จ่ายให้่ 13. เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. ค่าความจุไฟฟ้าเท่ากับค่าความเหนี่ยวนำ ข. ค่าความจุไฟฟ้าเป็นสองเท่าของค่าความเหนี่ยวนำ ค. ค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุมีค่าเป็นสองเท่าของค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ง. ค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุเท่ากับค่ารีแอกแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ 14. ข้อใดไม่ถูกต้องเมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ในวงจร RLC แบบอนุกรม เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า ก. แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ร่วมเฟสกับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำและแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประด ข. ผลรวมของแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำกับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ร่วมเฟสกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร ง. แรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำเท่ากับแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บ
Física Thailand Jan 27, 2025
¡Prueba Premium ahora!
¡Prueba Premium y hazle a Thoth AI preguntas de matemáticas ilimitadas ahora!
Quizas mas tarde Hazte Premium
Estudiar puede ser una verdadera lucha
¿Por qué no estudiarlo en UpStudy?
Seleccione su plan a continuación
Prima

Puedes disfrutar

Empieza ahora
  • Explicaciones paso a paso
  • Tutores expertos en vivo 24/7
  • Número ilimitado de preguntas
  • Sin interrupciones
  • Acceso completo a Respuesta y Solución
  • Acceso completo al chat de PDF, al chat de UpStudy y al chat de navegación
Básico

Totalmente gratis pero limitado

  • Solución limitada
Bienvenido a ¡Estudia ahora!
Inicie sesión para continuar con el recorrido de Thoth AI Chat
Continuar con correo electrónico
O continuar con
Al hacer clic en "Iniciar sesión", acepta nuestros términos y condiciones. Términos de Uso & Política de privacidad