Jawaban:

3.

Kita dapat menggunakan persamaan gerak jatuh bebas:

di mana:

h = ketinggian bola pada saat itu (20 m)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)

t = waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh dari ketinggian 100 m ke 20 m

v0 = kecepatan awal bola saat dilemparkan ke bawah (5 m/s)

h0 = ketinggian awal bola saat dilemparkan ke bawah (100 m)

Kita ingin mencari t dan v pada ketinggian 20 m. Oleh karena itu, kita dapat menyelesaikan persamaan di atas untuk t dan v:

Setelah menyelesaikan persamaan, kita dapat menemukan bahwa waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh dari ketinggian 100 m ke 20 m adalah sekitar 4,04 detik.

Kemudian, kita dapat mencari kecepatan bola pada ketinggian 20 m dengan menggunakan persamaan kecepatan pada gerak jatuh bebas:

di mana:

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)

t = waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh dari ketinggian 100 m ke 20 m (4,04 detik)

v0 = kecepatan awal bola saat dilemparkan ke bawah (5 m/s)

Setelah menghitung, kita dapat menemukan bahwa kecepatan bola pada ketinggian 20 m adalah sekitar 39,52 m/s.

Kemudian, mari kita cari kecepatan bola ketika energi potensial gravitasi sama dengan energi kinetiknya.

Pada titik ini, kita tahu bahwa energi potensial gravitasi (EP) bola sama dengan mgh, di mana m adalah massa bola (2 kg), g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s^2), dan h adalah ketinggian bola pada saat itu. Kita juga tahu bahwa energi kinetik (EK) bola sama dengan 1/2 * m * v^2, di mana m adalah massa bola dan v adalah kecepatan bola.

Dalam kondisi keseimbangan, EP = EK. Oleh karena itu, kita dapat menyelesaikan persamaan berikut untuk mencari kecepatan bola ketika EP = EK:

Setelah menyederhanakan persamaan tersebut, kita dapat mencari bahwa kecepatan bola pada titik ini adalah sekitar 19,80 m/s.

Jadi, kecepatan bola pada ketinggian 20 m adalah sekitar 39,52 m/s, dan kecepatan bola ketika energi potensial gravitasi sama dengan energi kinetik