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图6-3 运动的合成分解
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小船过河问题,可以把小船的渡河运动分解为它同时参与的两个运动,一是小船运动,二是水流的运动,船的实际运动为合运动。
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如图6-4所示,设船头斜向上游与河岸成任意角θ。这时船速在垂直于河岸方向的速度分量为,渡河所需要的时间为。
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图6-4 小船过河速度方向选择
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可以看出:L、v船一定时,t随sinθ增大而减小。
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当θ=90°时,sinθ=1(最大),所以,船头与河岸垂直时,小船运动路径最小,。
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我和数学有约:趣味数学及算法解析 6.5 如何渡河位移最小
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【问题】一条宽度为L的河,水流速度为v水,已知船在静水中速度为v船,若v船>v水,怎样渡河位移最小?
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【分析】
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分运动的位移与合运动的位移的关系,和速度的分解和合并一样,同样满足平行四边形法则或三角形法则。
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如图6-5所示,渡河的最小位移即河的宽度。为了使渡河位移等于L,必须使船的合速度v1的方向与河岸垂直,即使沿河岸方向的速度分量等于0。这时船头应指向河的上游,并与河岸成一定的角度θ,所以有,即。
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图6-5 速度设置
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因为,所以只有在时,船才有可能垂直河岸渡河。
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