Công suất sử dụng điện trung bình của một gia đình là 0,5 kW. Biết năng lượng mặt trời khi chiếu trực tiếp đến bề mặt của pin mặt trời đặt nằm ngang có công suất trung bình là 100 W trên một mét vuông. Giả sử chỉ có 15% năng lượng mặt trời được chuyển thành năng lượng có ích (điện năng). Hỏi cần một diện tích bề mặt pin mặt trời là bao nhiêu để có thể cung cấp đủ công suất điện cho gia đình này?

Đáp án đúng là: D.

Chọn chiều dương hướng lên theo chiều chuyển động của vật, áp dụng định luật II Newton ta có: \[{\vec F_n} + \vec P = m.\vec a\]

\[ \Rightarrow {F_n} - P = m.a\]

\[ \Rightarrow {F_n} = m.(a + g) = {5.10^3}.(0,5 + 10) = 52500N\]

- Quãng đường sau 3 s là: \[s = {v_0}.t + \frac{1}{2}.a.{t^2} = \frac{1}{2}.0,{5.3^2} = 2,25m\]

- Công mà cần cẩu thực hiện sau 3 s là:

\[A = {\rm{F}}{\rm{.d}}{\rm{.cos\theta = 52500}}{\rm{.2,25}}{\rm{.cos}}{{\rm{0}}^0} = 118125\left( J \right)\]

- Cơ năng của vật không đổi và bằng cơ năng tại mặt đất O: \[{{\rm{W}}_O} = \frac{{m.v_o^2}}{2}\]

- Gọi điểm có độ cao mà ở đó động năng bằng thế năng là A:

\[{{\rm{W}}_A} = m.g.{h_A} + \frac{1}{2}.m.{\nu ^2} = 2.{\rm{m}}{\rm{.g}}{\rm{.}}{{\rm{h}}_{\rm{A}}}\]

- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho điểm A và điểm O ta có:

\[{{\rm{W}}_A} = {{\rm{W}}_O} \Rightarrow \frac{{m.v_O^2}}{2} = 2.{\rm{m}}{\rm{.g}}{\rm{.}}{{\rm{h}}_{\rm{A}}} \Rightarrow {{\rm{h}}_{\rm{A}}} = \frac{{v_O^2}}{{4.g}} = \frac{{{{10}^2}}}{{4.10}} = 2,5\left( m \right)\]