События

2-й очный тур 17 мая 2012 г.
Весенний заочный тур 7 класс. | 8 класс.
РФО 2012 г г. Гомель с 26 по 30 марта.
Областная олимпиада 24.01.2012 г.
3-4 декабря 2011 г. Районный тур Могилев.
Поступаем в МГОЛ №1.
11 класс Тест 1 РТ. | Тест 2 РТ.

Вход в систему
on-line
Сейчас на сайте 1 пользователь и 13 гостей.

Пользователи на сайте

  • admin
Яндекс.Метрика

46(1.41). Две моторные лодки, расположенные друг против друга на противоположных берегах прямолинейного участка шириной H = 200 м, совершают переправу так, что время переправы одной лодки и перемещение другой лодки за время ее переправы минимальны. Скорость v = 5 м/с каждой лодки относительно воды в n = 2 раза больше скорости течения. Найти минимальное расстояние между лодками и время T их движения для сближения на это расстояние, если лодки начинают переправу одновременно. Скорость течения и скорость движения каждой лодки в течение переправы считать постоянными.

Решение.


Рисунок 1:


v/ и v// это скорости лодок относительно воды, они имеют разные направления, но по модулю равны v. u это скорость течения реки.
 Лодка, которая совершает переправу за минимальное время, имеет скорость относительно земли v1, а лодка, которая совершает переправу с минимальным перемещением имеет скорость v2.
Рассмотрим задачу в системе отсчета связанной со второй лодкой.
Рисунок 2:

x − минимальное расстояние между лодками
x = H × sinα

sinα = √{1 − cos2α}

cosα = v3/H

v3 = √{v12 + v22 + 2v1v2cos(b)}

cosβ = v///v1 = v/v1

cosα = √{v12 + v22 + 2v1v2 × (v/v1)}/H

sinα = √{1 − (v12 + v22 + 2v1v2v)/v1H2} = √{(v1H2 − v12 − v22 − 2v1v2v)/v1H2}

x = H√{(v1H2 − v12 − v22 − 2v1v2v)/v1H2}

v1 = √{v2 + u2} = √{v2+v2/4} = √{5v2/4}

v2 = √{v2 − u2} = √{v2 − v2/4} = √{3v2/4}

x = H√{(H2√{5v2/4} − 5v2/4 − 3v2/4 − 2√{5v2/4}√{3v2/4}v)/H2√{5v2/4}} = √{(H2√5 − √5 − √3−v2√15)/√5}

x = 199,887м
 Ответ неправдоподобный, где я ошибся?


1 способ.
 Свяжем систему отсчета с берегами.


 Время t1 переправы первой лодки минимально, если вектор ее скорости относительно воды (в стоячей воде) v1 перпендикулярен вектору скорости течения u, ибо в этом случае энергия ее двигателя максимально расходуется на движение поперек реки. Отметим, что вектор скорости относительно берегов v1 + u с вектором v1 образует угол α, причем
cosα = v1/√{v12 + u2}.

 Величина перемещения S2 второй лодки за время переправы минимальна и равна ширине реки H, если вектор ее скорости относительно воды v2 образует с направлением перемещения такой угол β, что вектор скорости относительно берегов v2 + u перпендикулярен вектору скорости u, ибо в этом случае нет перемещения вдоль берегов.
 Пусть время t после начала счета времени лодки, находившиеся в начальный момент времени в точках A и B, переместились соответственно в точки C и D. Тогда с учетом того, что
v1 = v2 = v

имеем
AC = t√{v2 + u2}, AD = AB − BD = H − t√{v2 − u2}.

 По теореме косинусов (для треугольника ΔACD) в момент времени t квадрат расстояния между лодками
l2 = CD2 = AC2 + AD2 − 2AC × ADcosα = H2 − 2t(H − vt)(v + √{v2 − u2}).

Расстояние
l = lmin, если dl/dt = 0.

Тогда, с учетом того, что при l = lmin время t = T, имеем T = H/(2v) = 20 c.
lmin = (H/√{2}) × √{1 − √{1 − 1/n2}} = 100 × √{2 − √{3}} = 52 м.

2 способ.
 Свяжем систему отсчета с одной из лодок.


 Выберем, например, систему отсчета, связанную со второй лодкой. Если вторая лодка в точке B остается неподвижной, то взаимное расположение лодок с течением времени остается таким же, каким оно было при движении первой и второй лодок, если бы первой лодке дополнительно к ее скорости относительно берегов v1 + u сообщается скорость − (v2 + u). Тогда первая лодка относительно второй лодки имеет скорость

 Расстояние между лодками l минимально в тот момент, когда первая лодка в ее относительном движении достигает точки F, которая является основанием перпендикуляра, опущенного из точки B расположения второй лодки на траекторию AF движения первой лодки. Так как ΔABF прямоугольный, а ΔAGK равнобедренный со сторонами v1 = v2, то минимальное расстояние

 А время