Для решения задачи воспользуемся кинематическими уравнениями движения с постоянным ускорением. Давайте разберем задачу поэтапно.
Дано:
- Начальная скорость шарика (( v_0 )) = 4 м/с.
- Ускорение шарика (( a )) = -0.5 м/с² (ускорение отрицательное, так как шарик замедляется, двигаясь вверх).
- Конечная скорость (( v )) = -2 м/с (скорость вниз, когда шарик начнет движение в обратную сторону).
Найти:
- Время (( t )), через которое скорость шарика будет равна по модулю 2 м/с.
Решение:
1. Движение вверх
Сначала определим время, за которое шарик замедлится до скорости 0 м/с, а затем начнет движение вниз.
Используем уравнение:
[ v = v_0 + at ]
Для движения вверх:
[ 0 = 4 + (-0.5) t ]
[ -4 = -0.5 t ]
[ t = \frac{4}{0.5} ]
[ t = 8 \text{ секунд} ]
2. Движение вниз
Теперь определим время, за которое шарик разгонится до скорости 2 м/с при движении вниз. Начальная скорость в этом случае будет 0 м/с (в момент, когда он достиг максимальной высоты и остановился).
Используем то же уравнение, но для движения вниз:
[ v = v_0 + at ]
[ 2 = 0 + (0.5) t ]
[ t = \frac{2}{0.5} ]
[ t = 4 \text{ секунды} ]
3. Полное время
Общее время, через которое скорость шарика будет равна по модулю 2 м/с (но в обратном направлении), складывается из времени подъема и времени спуска до скорости 2 м/с.
[ t{\text{общ}} = t{\text{вверх}} + t{\text{вниз}} ]
[ t{\text{общ}} = 8 + 4 ]
[ t_{\text{общ}} = 12 \text{ секунд} ]
Таким образом, через 12 секунд после начала движения скорость шарика будет равна по модулю 2 м/с.