Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения энергии. Согласно этому закону, полная механическая энергия системы сохраняется, если на нее не действуют внешние силы.
Начальная энергия шарика состоит из его кинетической энергии, которую можно выразить формулой:
\( E_k = \frac{1}{2} m v^2 \),
где \( m \) — масса шарика, \( v \) — его начальная скорость.Когда шарик поднимается, его кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию, которая определяется как:
\( E_p = mgh \),
где \( g \) — ускорение свободного падения (примерно \( 9.81 \, \text{м/с}^2 \)), а \( h \) — высота.Мы знаем, что в начальный момент, когда шарик имеет скорость \( v = 1000 \, \text{м/с} \), вся энергия равна его кинетической энергии:
\( E_k = \frac{1}{2} m (1000)^2 \).В момент, когда шарик достигает максимальной высоты, вся кинетическая энергия преобразуется в потенциал, поэтому мы можем записать:
\( \frac{1}{2} m (1000)^2 = mgh \).Теперь можем упростить уравнение, деля обе стороны на массу \( m \):
\( \frac{1}{2} (1000)^2 = gh \).Подставляем значение \( g = 9.81 \, \text{м/с}^2 \):
\( \frac{1}{2} (1000)^2 = 9.81h \).Упрощаем и решаем уравнение по высоте \( h \):
\( 500000 = 9.81h \)
\( h = \frac{500000}{9.81} \).Рассчитываем значение:
\( h \approx 51015.3 \, \text{м} \).
Таким образом, шарик поднимается на максимальную высоту около 51015.3 метра.