Для решения этой задачи воспользуемся законами сохранения энергии.
Начальная кинетическая энергия:
[
K_0 = \frac{1}{2} m V_0^2 = 16.4 \, \text{Дж}
]
Кинетическая энергия на высоте 8 м:
[
K = \frac{1}{2} m V^2
]
где ( V = 2 \, \text{м/с} ).
Потенциальная энергия на высоте 8 м:
[
U = mgh = mg \cdot 8
]
где ( g = 10 \, \text{м/с}^2 ).
По закону сохранения энергии, сумма кинетической и потенциальной энергии остается постоянной:
[
K_0 = K + U
]
Подставим выражения для кинетической и потенциальной энергии:
[
\frac{1}{2} m V_0^2 = \frac{1}{2} m V^2 + mgh
]
Подставим известные значения:
[
16.4 = \frac{1}{2} m \cdot (2)^2 + m \cdot 10 \cdot 8
]
Упростим уравнение:
[
16.4 = 2m + 80m
]
[
16.4 = 82m
]
Теперь найдем массу ( m ):
[
m = \frac{16.4}{82} = 0.2 \, \text{кг}
]
Теперь найдем начальную скорость ( V_0 ) используя начальную кинетическую энергию:
[
\frac{1}{2} \cdot 0.2 \cdot V_0^2 = 16.4
]
[
0.1 \cdot V_0^2 = 16.4
]
[
V_0^2 = \frac{16.4}{0.1} = 164
]
[
V_0 = \sqrt{164} \approx 12.81 \, \text{м/с}
]
Таким образом, масса камня ( m = 0.2 \, \text{кг} ), а начальная скорость ( V_0 \approx 12.81 \, \text{м/с} ).