已知:河宽L=400米,船的静水中速度V1=3 m/s,水流速度 V2=2 m/s
求:(1)θ1,S1,t1;(2)θ2,S2,t2 .
(1)由于船的静水中速度大于水流速度,所以船可以到达正对岸处(即船的合运动路线与河岸垂直),这时v1,v2夹角 为θ1,位移大小是S1,所用过河时间是 t1
可见,这时船头指向与上游河岸夹角是α,V1与V2夹角是 θ1=180度-α
由三角函数关系 得 V1* cosα=V2
cosα=V2 / V1=2 / 3 ,α=48.2度
那么θ1=180-48.2=131.8度
由于这时合运动方向是垂直河岸,所以位移大小是 S1=L=400米,位移方向与河岸垂直.
过河时间是 t1=L / V合1=L / 根号(V1^2-V2^2)=400 / 根号(3^2-2^2)=80*根号5=178.9 秒
(2)当船的静水速度方向(船头指向)与河岸垂直时,过河时间最短.这时V1与V2夹角是θ2,位移大小是S2,合位移方向与下游河岸夹角是β,过河时间是 t2 .
即 θ2=90度,合速度大小是 V合2=根号(V1^2-V2^2)= 根号(3^2-2^2)=根号5 m/s
tanβ=V1 / V2=3 / 2=1.5
β=56.3度
过河时间是 t2=L / V1=400 / 3=133.3秒
合位移大小是 S2=V合2 * t2=(根号5)*(400 / 3)=298.14米
可见,当v1,v2夹角 为90度时,小船航行的时间最少.此时位移的大小是298.14米,位移方向与下游河岸夹角是时间是56.3度,过河时间是 133.3秒.