Question
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

Real Tutor Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

- **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

Solution

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**

Reviewed and approved by the UpStudy tutoring team

error msg
Explain
Simplify this solution

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!

Related Questions

คาชี้แจง 1. จงหำเครีองหมาข \( x \) ทับ \( n \) ข ค หรือ 4 ที่เห็นว่าถูกต้องที่สุดเพียงคำตอบเดียว 2. อบษาตให่ใช้เดรีองคำนวณได้ ข้อใดคือความหมายของวงจร RLC เรโซแนน์แบบขนาน ก. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวเก็บประจุว่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ข. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้ารวมที่ไหลในวงจรร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ค. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวเหนี่ยวนำร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ง. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้ารวมที่ไหลในวงจรมีเฟสตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ข้อใดเป็นผลของแอดมิตแตนซเมื่อเกิดสภาวะเรโซแนนซ ก. \( Y \) มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. \( Y \) มีค่าเท่ากับ \( B_{L} \) ข. \( Y \) มีค่าเท่ากับ \( B_{C} \) ข้อใดเป็นผลของแอดมิตแตนซ์เมื่อความถี่น้อยกว่าความถี่เรโซแนนซ์ ก. \( Y=G+j B \) ค. \( Y=j\left(B_{L}-B_{C}\right) \) ข้อใดไม่ใช่สูตรของความถี่เมื่อเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ ข. \( Y=G-j B \) ง. \( Y=j\left(B_{c}-B_{L}\right) \) ก. \( f_{r}=\frac{1}{2 \pi \sqrt{L C}} \) ข. \( f_{r}=\frac{0.159}{\sqrt{L C}} \) ค. \( f_{r}=\frac{0.5}{\pi \sqrt{L C}} \) ง. \( f_{r}=\frac{2 \pi}{\sqrt{L C}} \) วงจร RLC ต่อแบบขนาน มีค่า \( \mathrm{R}=50 \Omega, \mathrm{~L}=5 \mathrm{mH} \) และ \( \mathrm{C}=40 \mu \mathrm{~F} \) ความถี่เรโซแนนซ์มีค่าเท่าไร ก. 175.4 Hz ข. 255.8 Hz ค. 355.5 Hz ง. 645.6 Hz ข้อใดคือสูตรของค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่ความถี่เรโซแนนซ์ ก. \( C_{r}=\left(2 \pi f_{r}\right)^{2} L \) ข. \( C_{r}=\frac{1}{2 \pi f_{r} L} \) ค. \( C_{r}=\frac{1}{\left(2 \pi f_{r}\right)^{2} L} \) ง. \( C_{r}=\frac{2 \pi}{\left(f_{r}\right)^{2} L} \)
Physics Thailand Jan 27, 2025

Latest Physics Questions

. ถ้าปรับความถี่ให้มากกว่าความถี่เรโซแนนซ์ผลของวงจรเป็นอย่างไร ก. ค่าของ \( B_{L} \) มากกว่าค่าของ \( B_{C} \) ข. ค่าของ \( B_{C} \) มากกว่าค่าของ \( B_{L} \) ค. ค่าของ \( G \) มีค่าเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิม ง. ค่าของ \( B_{L} \) เท่ากับค่าของ \( B_{C} \) เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์แอดมิตแตนช์ของวงจรมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของค่าความนำ ข. มีค่าเป็นรากที่สองของค่าความนำ ค. มีค่าเท่ากับค่าความนำ ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าความนำ เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของกระแสไฟฟ้ารวม ข. มีค่าเท่ากับกระแสไฟฟ้ารวม ค. มีค่าเป็นรากที่สองของกระแสไฟฟ้ารวม ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของกระแสไฟฟ้ารวม เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. ค่าความจุไฟฟ้าเท่ากับค่าความเหนี่ยวนำ ข. ค่าความจุไฟฟ้าเป็นสองเท่าของค่าความเหนี่ยวนำ ค. ค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุมีค่าเป็นสองเท่าของค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ง. ค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุเท่ากับค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ข้อใดไม่ถูกต้องเมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ในวงจร RLC แบบขนาน เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า ก. กระแสไฟฟ้ารวมร่วมเฟสกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \) ข. ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \) มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. กระแสไฟฟ้ารวมร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ง. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) เท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \)
Physics Thailand Jan 27, 2025
Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy