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“分→合→分”——小船渡河问题的三步曲
2022-10-08 | 阅:  转:  |  分享 
  
采用三角形定则作图,则如下图所示:
v
d

vvv
v
船船
v
θθ
θ
v
vv
水水

2、渡河航程
显然,渡河航程就是合运动的实际轨迹线长度,如上图中虚线所示,在河宽d确定的情况下,渡河航
程s只取决于合速度与河岸的夹角θ,有
d
s?
sin?
?
要使渡河航程最短,则就要让θ在0~90°范围内取最大值——若θ能取到90°,则让??90,若不能
达到90°,则让θ取最大值。
(1)的情况
v?v
船水
d
?
v

??90
显然,要使,则必须有v?v,如右图所示,此种情况下,最
v
船水
θ
v

d
短渡河航程就是河宽:.
s??d
min
sin?
(2)v?v的情况
船水
?
显然,这种情况下,无法做到??90,则要使渡河航程最短,θ应取能取
的最大值。用三角形定则讨论这种情况较为方便——固定水速矢量箭头不动,
d
将船速矢量箭头绕水速矢量箭头的末端转动,则船速矢量箭头的末端在一个圆v
v

周上移动,则合速度矢量的末端也就在这个圆周上移动,很显然,当v?v时,
v
船水
v

θ取最大值。此时,有sin??,则
v

v
d

s??d
min
sin?v

三、“分”——两个分运动
s
小船渡河时间,当然可以直接用渡河航程除以实际速度来计算:t?,但是这样计算较为麻烦,我
v
们一般采用将小船的实际速度v分解到垂直河岸(v)和平行河岸(v)
yx
两个方向上来,进而用河宽d和垂直河岸分速度v来计算
y
v
v
y
v
d船d
t?
v
vx
y
v

其中v?v。
y船y
显然,要使渡河时间最短,就要使v?v最大,这只需要让船速调整到沿垂直河岸方向即可,即船
y船y
头正对河岸,如右图所示,此时有v?v,则
ymax船
v

v
dd
d
t??
min
vv
ymax船
v

说明:本文收录于陈恩谱老师《物理原来可以这样学》2019年6月第三次修订版。
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(本文系骆骆课堂首藏)