1) Для определения начальной скорости камня, который был брошен вертикально вверх и вернулся на землю через 6 секунд, можно использовать законы движения с постоянным ускорением.
Пусть (t) - время полета камня. Тогда половина этого времени, (t/2), это время подъема до максимальной высоты.
В этом случае:
[ t = 6 \text{ секунды} ]
[ t_{\text{подъема}} = \frac{t}{2} = 3 \text{ секунды} ]
Используем формулу для движения с равномерным ускорением:
[ v0 = gt{\text{подъема}} ]
где (g) - ускорение свободного падения (примерно (9.8 \, \text{м/с}^2)).
Подставим значения:
[ v_0 = 9.8 \, \text{м/с}^2 \times 3 \, \text{с} = 29.4 \, \text{м/с} ]
Таким образом, начальная скорость камня равна (29.4 \, \text{м/с}).
2) Для определения высоты, с которой падало тело, если в последнюю секунду падения оно прошло путь 45 м, используем уравнения движения с ускорением.
Пусть (h) - высота, с которой падало тело, (t) - общее время падения, а (s) - путь, пройденный телом за последнюю секунду (45 м).
Путь, пройденный телом за последнюю секунду, можно выразить следующим образом:
[ s = v_{t-1} \times 1 + \frac{1}{2} g \times 1^2 ]
где (v_{t-1}) - скорость тела за секунду до удара о землю.
Общая высота падения выражается через полное время падения:
[ h = \frac{1}{2} g t^2 ]
Скорость тела за секунду до удара о землю:
[ v_{t-1} = g(t - 1) ]
Подставим (v_{t-1}) в выражение для пути за последнюю секунду:
[ 45 = g(t - 1) + \frac{1}{2} g ]
[ 45 = 9.8 (t - 1) + \frac{1}{2} \times 9.8 ]
[ 45 = 9.8t - 9.8 + 4.9 ]
[ 45 = 9.8t - 4.9 ]
Решим это уравнение для (t):
[ 49.9 = 9.8t ]
[ t = \frac{49.9}{9.8} \approx 5.1 \, \text{секунд} ]
Теперь найдем высоту (h):
[ h = \frac{1}{2} g t^2 ]
[ h = \frac{1}{2} \times 9.8 \times (5.1)^2 ]
[ h \approx \frac{1}{2} \times 9.8 \times 26.01 ]
[ h \approx 127.3 \, \text{м} ]
Таким образом, тело падало с высоты примерно 127.3 метра.
3) Для определения времени падения тела, если оно прошло 3/4 всего пути в последнюю секунду, используем аналогичные методы.
Пусть (h) - общая высота падения, (t) - общее время падения.
Путь за последнюю секунду:
[ s = \frac{3}{4} h ]
Общая высота падения:
[ h = \frac{1}{2} g t^2 ]
Путь за последнюю секунду:
[ s = h - \frac{1}{2} g (t-1)^2 ]
Подставим (s):
[ \frac{3}{4} h = h - \frac{1}{2} g (t-1)^2 ]
[ \frac{3}{4} h = h (1 - \frac{1}{2g} g(t-1)^2) ]
[ \frac{3}{4} = 1 - \frac{1}{2} (t-1)^2 ]
[ \frac{1}{4} = \frac{1}{2} (t-1)^2 ]
[ \frac{1}{2} (t-1)^2 = \frac{1}{4} ]
[ (t-1)^2 = \frac{1}{2} ]
[ t-1 = \sqrt{\frac{1}{2}} ]
[ t = 1 + \sqrt{\frac{1}{2}} ]
[ t \approx 1 + 0.707 \approx 1.707 \, \text{секунд} ]
Таким образом, тело падало около 1.707 секунд.