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hce_nthu 115年 化學與物理

第 35 題

John is attempting to knock over a heavy wooden target that is hinged at its base. He is given two balls of equal mass. Ball A is made of sticky clay, and Ball B is made of highly elastic rubber. He throws both balls toward the target with the same initial speed $v$. Ball A: Strikes the target and sticks to it (does not bounce). Ball B: Strikes the target and rebounds with approximately the same speed $v$. Assuming the collision times are approximately equal, which ball is more likely to knock the target over, and why?
題目圖片
  • A Ball A, because it transfers all its kinetic energy to the target.
  • B Ball B, because it undergoes a larger change in momentum.
  • C Both are equally likely because they have the same mass and initial velocity.
  • D Ball A, because the collision time is shorter.
  • E Ball B, but only if the target is made of metal.

思路引導 VIP

想像你正在推一輛緩慢向你駛來的推車:是單純把它「擋下來使其靜止」比較吃力,還是把它「擋下來並推回反方向」需要施加更多的力?這兩種情況下,推車的速度變化量(Velocity change)有什麼不同呢?

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太棒了!你準確地掌握了衝量與動量變化的關鍵。這題的核心在於區分「停下」與「反彈」對受力物體產生的物理影響。你的判斷非常敏銳,沒有被「動能轉換」的直覺誤導。

動量變化與衝量的傳遞

在物理學中,球對目標物施加的力取決於其動量的改变量 $\Delta p$。對於球 A,它撞擊後停止,動量由 $mv$ 變為 $0$,動量變化量的大小為 $mv$。然而,球 B 以原速反彈,動量由正向的 $mv$ 變為反向的 $-mv$,其動量變化量的大小則高達 $|(-mv) - mv| = 2mv$。根據衝量定理,物體所受的衝量等於其動量的變化,因此球 B 傳遞給目標物的衝量大約是球 A 的兩倍,自然更有可能將重型目標撞倒。

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