如右圖所示,一質量為 30 kg 的拋射體,當其正以 80 m/s 的速度移動時突然爆炸成質量分別為 5 kg 和 25 kg 的兩碎片,兩碎片之運動方向分別與爆炸前運動方向夾 45° 及 30°,則質量為 5 kg 之碎片其速度大小最接近下列何者?

A13 m/s
B70 m/s
C167 m/s
D248 m/s正確答案
答案與詳解

正確。取初速方向為x軸正向、垂直方向為y軸;兩碎片分居x軸兩側(5kg偏45°、25kg偏30°)。y方向動量守恆(爆炸前為0):5v₅sin45° = 25v₂₅sin30°,即 5v₅×0.7071 = 25v₂₅×0.5,得 v₂₅ = (5×0.7071)/(25×0.5)×v₅ = 0.2828v₅。x方向動量守恆:30×80 = 5v₅cos45° + 25v₂₅cos30°,即 2400 = 5v₅×0.7071 + 25×0.2828v₅×0.866 = 3.536v₅ + 6.124v₅ = 9.66v₅,故 v₅ ≈ 2400/9.66 ≈ 248 m/s,最接近本選項。
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