Se lanza una pelota horizontalmente a una velocidad de 20 m / s desde la parte superior de un edificio a 50 m del suelo. ¿Cuánto tiempo tarda la pelota en golpear el suelo y qué tan lejos del edificio golpea?

EDITADO, lo siento, escribiendo una respuesta en mi teléfono celular, es fácil hacer errores tipográficos.

Decimos que para una caída de 50 metros cayendo, la resistencia del aire es insignificante, por lo que un objeto caído desde una altura de 50 metros tendría una velocidad descendente proporcional al tiempo que ha estado cayendo.

Decimos que la constante de proporcionalidad es 9.8 para el tiempo en segundos y la velocidad en metros / segundo, entonces escribimos v = 9.8t.

La velocidad promedio de ese objeto, cuando la velocidad aumenta linealmente de 0 a 9.8t es 9.8t / 2 = 4.9t.

Si t es el tiempo en segundos para llegar al suelo, entonces la distancia caída es (4.9t) t = 4.9t ^ 2.

Si el objeto cayó desde una altura de 50 metros, entonces 4.9t ^ 2 = 50, yt = sqrt (50 / 4.9) = aproximadamente 3.194, lo que significa que le tomó 3.194 segundos alcanzar el suelo.

Un objeto lanzado horizontalmente desde una altura de 50 metros también tomaría 3.194 segundos para viajar 50 metros hacia abajo verticalmente. Si el suelo está perfectamente horizontal, el objeto golpearía el suelo después de un vuelo de 3.194 segundos.

Para un objeto lanzado con una velocidad de 20 m / s, el efecto de la resistencia del aire es insignificante. Si el objeto tiene una velocidad horizontal inicial de 20 m / s, sin tener ninguna fuerza horizontal que actúe sobre él durante su vuelo, en 3.194 segundos cubriría una distancia horizontal, en metros de 3.194 × 20 = 63.88. Redondearía eso a 63.9 metros, porque el tiempo 3.194 ya era un número redondeado y 63.88 implica una precisión mayor que 3.194.

Entonces, el tiempo es 3.19 segundos y la distancia horizontal es 63.9 metros.

el movimiento vertical nos dirá cuánto tiempo tomará de Y = 50 (techo) a Y = 0 (suelo)

Y (t) = Y (t = 0) + Voy * t -1/2 gt ​​^ 2

cuando t be tfall = tf entonces Y (tf) = 0, y Voy = componente vertical de la velocidad inicial

como Vo = (20, 0) Vox = 20 Voy = 0. Reescribiendo el ecualizador con todos estos

0 = 50 – 9.81 / 2 tf ^ 2 => 50 * 2 / 9.81 = tf ^ 2 => tf = sqrt (10) segundos (aprox.)

el movimiento horizontal es

x (t) = Xo + Vox t

Xo = 0 y Vox = 20 y t = tf arriba, entonces x (tf) = distancia desde el edificio cuando toca el suelo = 20 pies cuadrados (100 / 9.81) metros

Esto se puede verificar de manera muy simple usando las 5 ecuaciones cinemáticas.

La velocidad horizontal no cambia con el tiempo, pero la velocidad vertical sí. Por lo tanto tenemos dos conjuntos de variables:

[matemáticas] v_ {h} = 20 m / s, d_ {h} =?, t =? [/ matemáticas]

[matemática] h = -50m, a = -9.8 m / s ^ 2, v_0 = 0, t =? [/ matemática]

Primero queremos resolver el tiempo. Recordar:

[matemáticas] h = v_0 t + \ frac {1} {2} en ^ 2 [/ matemáticas]

Como [math] v_0 = 0, [/ math] ese término desaparece, y podemos reorganizarlo para obtener:

[matemáticas] t ^ 2 = \ frac {2 h} {a} [/ matemáticas]

[matemática] t = 3.194, [/ matemática] que es aproximadamente 3.

Con t ahora resuelto, solo usamos [math] d_h = v_h t = 63.888 [/ math] que está cerca de 60 pero no del todo. [Math] [/ math]

Espero que esto haya ayudado!

Depende de la densidad de la pelota. Una pelota de playa grande se vería significativamente afectada por la resistencia aerodinámica. Una bala de cañón de plomo tardará el mismo tiempo en golpear el suelo como si no tuviera velocidad horizontal, una vez que conoce el tiempo y la velocidad horizontal, conoce la distancia horizontal. En el caso de una bala de cañón de plomo, es seguro ignorar la resistencia aerodinámica.

Se necesita exactamente el tiempo necesario para golpear el suelo como si se hubiera caído hacia abajo, y la distancia que viaja horizontalmente (suponiendo que no haya resistencia del aire, viento u otra interacción con el medio ambiente) es simplemente una cuestión de distancia = velocidad * hora.