Чтобы определить, на сколько раньше первая капля оторвалась от крыши по сравнению со второй, необходимо использовать уравнения движения тел под действием силы тяжести. Предположим, что ускорение свободного падения ( g ) равно ( 9.8 \, \text{м/с}^2 ).
Пусть первая капля оторвалась от крыши в момент времени ( t_1 ). Вторая капля оторвалась от крыши через ( t = 2 ) секунды после первой капли. Давайте обозначим время падения первой капли как ( t_1 ), а время падения второй капли как ( t_2 = t_1 - 2 ).
Расстояние, которое проходит капля, падающая свободно под действием силы тяжести, можно выразить через уравнение движения:
[ s = \frac{1}{2} g t^2 ]
Для первой капли, которая падает в течение времени ( t_1 ):
[ s_1 = \frac{1}{2} g t_1^2 ]
Для второй капли, которая падает в течение времени ( t_2 ):
[ s_2 = \frac{1}{2} g (t_1 - 2)^2 ]
По условию задачи, расстояние между каплями через время ( t_1 ) составляет 25 метров:
[ s_1 - s_2 = 25 \, \text{м} ]
Подставим выражения для ( s_1 ) и ( s_2 ):
[ \frac{1}{2} g t_1^2 - \frac{1}{2} g (t_1 - 2)^2 = 25 ]
Упростим уравнение, вынеся общий множитель ( \frac{1}{2} g ):
[ \frac{1}{2} g \left( t_1^2 - (t_1 - 2)^2 \right) = 25 ]
Раскроем квадратное выражение:
[ \frac{1}{2} g \left( t_1^2 - (t_1^2 - 4t_1 + 4) \right) = 25 ]
Сократим ( t_1^2 ):
[ \frac{1}{2} g \left( t_1^2 - t_1^2 + 4t_1 - 4 \right) = 25 ]
[ \frac{1}{2} g (4t_1 - 4) = 25 ]
Вынесем общий множитель:
[ 2g (t_1 - 1) = 25 ]
Подставим значение ( g = 9.8 \, \text{м/с}^2 ):
[ 2 \cdot 9.8 \cdot (t_1 - 1) = 25 ]
[ 19.6 (t_1 - 1) = 25 ]
Разделим обе стороны уравнения на 19.6:
[ t_1 - 1 = \frac{25}{19.6} ]
[ t_1 - 1 \approx 1.2755 ]
[ t_1 \approx 2.2755 ]
Таким образом, первая капля оторвалась от крыши на ( t_1 \approx 2.2755 ) секунды раньше, чем вторая капля.