Rzut ukośny piłki
Źródło: Matura fizyka rozszerzona 1.1 — Matura maj 2009, stara formuła, poziom rozszerzony, zad. 1
Zawodnik w punkcie A kopnął piłkę pod kątem α do poziomu; upadła w punkcie B odległym o 38,4 m. Składowe prędkości początkowej: m/s, m/s.
Zasięg: . Przyjmij m/s² i pomiń opór powietrza.
Podpunkt 1.1
Naszkicuj tor piłki i siłę działającą na nią w najwyższym punkcie. (0–2 pkt)
Podpunkt 1.2
Oblicz czas lotu z A do B. (0–1 pkt)
Podpunkt 1.3
Oblicz wartość prędkości początkowej. (0–1 pkt)
Podpunkt 1.4
Oblicz maksymalną wysokość. (0–2 pkt)
Podpunkt 1.5
Inna piłka: , (SI). Wyprowadź równanie toru . (0–2 pkt)
Podpunkt 1.6
Rekordowa prędkość kopniętej piłki to 52,5 m/s. Oblicz maksymalny zasięg (bez oporów). (0–2 pkt)
Podpunkt 1.7
Piłkę napompowano azotem do 2000 hPa; objętość 5,6 dm³, 27°C, μ = 28 g/mol. Oblicz masę azotu. (0–2 pkt)
Odpowiedź
Podpunkt 1.1
Tor: parabola; siła ciężkości skierowana pionowo w dół.
Podpunkt 1.2
Czas lotu: 3,2 s.
Podpunkt 1.3
Prędkość początkowa: 20 m/s.
Podpunkt 1.4
Maksymalna wysokość: 12,8 m.
Podpunkt 1.5
Równanie toru: (w jednostkach SI).
Podpunkt 1.6
Maksymalny zasięg: około 276 m, dla kąta 45°.
Podpunkt 1.7
Masa azotu: około 12,6 g.
Rozwiązanie
Podpunkt 1.1
Tor jest parabolą od A do B, symetryczną względem pionu przez wierzchołek. W najwyższym punkcie (i wszędzie) działa tylko ciężar – pionowo w dół.
Podpunkt 1.2
Ruch poziomy jest jednostajny: s. Wynik zgadza się z czasem lotu .
Podpunkt 1.3
m/s.
Podpunkt 1.4
m.
Podpunkt 1.5
Z pierwszego równania . Po podstawieniu: .
Podpunkt 1.6
Maksimum dla α = 45°: m.
Podpunkt 1.7
Z równania gazu doskonałego: kg = 12,6 g.