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題目:一個質量為 m 的小球,在距地面高度為 H 的位置以初速度 v 水平拋出,不計空氣阻力,求小球落地時的動量。
解答:小球在空中的運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。根據機械能守恒定律,小球在空中的運動過程中,重力勢能增加了 mgh,而動能則保持不變,因此有:
1/2mv^2 = mgh + 1/2mv'^2
其中 v' 是小球落地時的速度,即 v' = sqrt(2gh + v^2)
根據動量定理,小球落地時的動量為 mv + mgt,其中 t 是小球在空中運動的時間,即 t = sqrt(2H/g)
因此,小球落地時的動量為 mv + mgt = mv + mg sqrt(2H/g) = mv + 2mgH