1. Так как аэростат движется равноускоренно, то его скорость и координата выражаются формулами:
v(t) = v0+at1 = at1
y(t)=y0+v0t1+at212 = at212
Аэростат вместе с предметом начинает движение с поверхности земли. Хотя это и не написано в условии, но подразумевается, что это так, поэтому начальная скорость аэростатат равна нулю. (Ось ОY направлена вверх, начало оси совпадает с началом движения аэростата). Тогда через время t1=5 c аэростат, а вместе с ним и предмет, будет иметь скорость v=10 м/с и координату y=25 м, высота, на которую поднимется аэростат, равна h=25 м
2. Предмет далее движется в поле тяжести с постоянным ускорением →g. Начальная скорость предмета – это и есть скорость аэростата в момент выпадения предмета: v=10 м/с. Но на ускорение предмета (после падения) никак не повлияет ускорение аэростата. Ускорение создается только силами, действующими на тело, а они разные для аэростата и предмета.
Если записать уравнение движения предмета, то оно будет выглядеть следующим образом:y=y0+v0t−gt22
Знак “плюс” перед слагаемым v0t показывает, что скорость в момент выпадения камня сонаправлена с осью y, знак “минус” перед gt22 – то, что ускорение противонаправлено введенной оси.
Когда предмет долетит до земли через время t, то его координата y станет равна нулю, а y0=h, тогда
h+v0t−gt22=0
Решим это квадратное уравнение, заменив буквенные обозначения численными данными из условия. Это действие не повлияет на ответ, поскольку все исходные данные даны в системе СИ, поэтому и ответ мы получим в ней же.
25+10t−10t22=0
5t2−10t−25=0
t2−2t−5=0
Определим дискриминант квадратного уравнения: D=4+20=24
t=2±√242=1±√6
Т.к. время движения предмета t>0, то время движения предмета t=1+√6≈3,45 с
Ответ: t=3,45 с