3、渡河问题

有关小船渡河问题是运动的合成与分解一节中典型实例,难度较大。小船渡河问题往往设置两种情况:(1)渡河时间最短;(2)渡河位移最短。现将有关问题讨论如下,供大家参考。

处理此类问题的方法常常有两种:

(1)将船渡河问题看作水流的运动(水冲船的运动)和船的运动(即设水不流动时船的运动)的合运动。

(2)将船的速度沿平行于河岸和垂直于河岸方向正交分解,如图5,为水流速度,则为船实际上沿水流方向的运动速度,为船垂直于河岸方向的运动速度。

问题1:渡河位移最短

河宽是所有渡河位移中最短的,但是否在任何情况下渡河位移最短的一定是河宽呢?下面就这个问题进行如下讨论:

(1)

要使渡河位移最小为河宽,只有使船垂直横渡,则应,即,因此只有,小船才能够垂直河岸渡河,此时渡河的最短位移为河宽。渡河时间

(2)

由以上分析可知,此时小船不能垂直河岸渡河。

以水流速度的末端A为圆心,小船的开航速度大小为半径作圆,过O点作该圆的切线,交圆于B点,此时让船速与半径AB平行,如图7所示,从而小船实际运动的速度(合速度)与垂直河岸方向的夹角最小,小船渡河位移最小。

由相似三角形知识可得

解得

渡河时间仍可以采用上面的方法

(3)

此时小船仍不能垂直河岸渡河。由图8不难看出,船速与水速间的夹角越大,两者的合速度越靠近垂直于河岸方向,即位移越小。但无法求解其最小值,只能定性地判断出,船速与水速间的夹角越大,其位移越小而已。

问题2:渡河时间最短;

渡河时间的长短同船速与水速间的大小关系无关,它只取决于在垂直河岸方向上的速度。此方向上的速度越大,所用的时间就越短。因此,只有船的开航速度方向垂直河岸时,渡河时间最短,即

 0  392826  392834  392840  392844  392850  392852  392856  392862  392864  392870  392876  392880  392882  392886  392892  392894  392900  392904  392906  392910  392912  392916  392918  392920  392921  392922  392924  392925  392926  392928  392930  392934  392936  392940  392942  392946  392952  392954  392960  392964  392966  392970  392976  392982  392984  392990  392994  392996  393002  393006  393012  393020  447090 

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