الإجابة:
الارتفاع الذي يسقط منه البالون قبل أن يصل إلى الحافة يساوي:
y - \frac{1}{2}gt^2
حيث:
- y: ارتفاع النافذة
- g: عجلة الجاذبية الأرضية (9.8 م/ث^2)
- t: الزمن الذي استغرقه البالون للسقوط
التفسير:
تتحرك الأجسام الحرة في سقوطها تحت تأثير الجاذبية الأرضية وفق معادلة الحركة الثانية لنيوتن:
v = u + at
حيث:
- v: السرعة النهائية للجسم
- u: السرعة الابتدائية للجسم (تساوي صفر في هذه الحالة)
- a: عجلة الجسم (تساوي عجلة الجاذبية الأرضية)
- t: الزمن
في هذه الحالة، السرعة النهائية للبالون عند وصوله إلى النافذة تساوي سرعة سقوطه، أي:
v = \sqrt{2gy}
استبدال هذه السرعة في معادلة الحركة الثانية لنيوتن يعطي:
\sqrt{2gy} = 0 + gt
حل هذه المعادلة يعطي:
t = \frac{\sqrt{2gy}}{g}
استبدال هذا الزمن في المعادلة الأصلية يعطي:
y - \frac{1}{2}g \cdot \frac{\sqrt{2gy}}{g}
y - \frac{1}{2}gy
y - \frac{1}{2}y
\frac{1}{2}y
النتيجة:
إذن، الارتفاع الذي يسقط منه البالون قبل أن يصل إلى الحافة يساوي نصف ارتفاع النافذة.
مثال توضيحي:
إذا كان ارتفاع النافذة 10 أمتار، فإن الارتفاع الذي يسقط منه البالون قبل أن يصل إلى الحافة يساوي:
\frac{1}{2} \cdot 10 = 5\text{ أمتار}
وهذا يعني أن البالون يسقط من ارتفاع 5 أمتار قبل أن يصل إلى الحافة.