Sebelum kita membahas bagaimana menjawab soal ini, mari kita menguraikan beberapa konsep fisika yang berlaku dalam situasi tersebut. Terlebih dahulu, kita perlu memahami beberapa hukum fisika dasar yang berhubungan dengan gerakan, percepatan, dan gravitasi.
Hukum Gerak Newton
Dalam kasus ini, kedua hukum gerak Newton pertama dan kedua relevan. Hukum Newton pertama, atau hukum inersia, mengatakan bahwa suatu objek akan tetap diam atau bergerak lurus berkecepatan konstan kecuali jika ada gaya yang bekerja padanya. Hukum Newton kedua mengatakan bahwa gaya yang bekerja pada suatu objek sama dengan massa objek dikalikan dengan percepatan objek.
Percepatan karena Gravitasi
Percepatan karena Gravitasi adalah kecepatan yang diperoleh oleh suatu obyek bebas jatuh dalam satu detik. Di permukaan bumi, percepatan karena gravitasi adalah sekitar 9.8 m/s^2.
Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi adalah energi yang disimpan oleh objek karena posisinya relatif terhadap objek lain, disebabkan oleh daya tarik gravitasi. Dalam hal bola yang dilempar ke atas, energi ini menjadi signifikan.
Sekarang, mari kita gunakan konsep-konsep ini untuk menjawab soal:
- Tentukan Kecepatan Maksimum Bola: Kecepatan maksimum bola akan terjadi saat energi kinetik bola maksimum. Energi kinetik didefinisikan sebagai 1/2 massa × kecepatan^2. Kita dapat menyiapkan persamaan dan memecahkan untuk kecepatan.
- Tentukan Ketinggian Maksimal Bola: Ketinggian maksimal akan dicapai saat kecepatan bola berkurang menjadi nol. Pada titik ini, seluruh energi kinetik telah dikonversi menjadi energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi didefinisikan sebagai massa × gravitasi × ketinggian. Kita dapat menyiapkan persamaan ini dan memecahkan untuk ketinggian.
Nilai-nilai yang diperoleh dalam kedua langkah tersebut akan memberikan kecepatan dan ketinggian maksimal bola.