Question

ЗАДАЧА ПО МЕХАНИКЕ! Лодка совершила переправу через реку шириной 200 м кратчайшим путем. Скорость лодки относительно воды равна 5 м / с. Скорость течения 3 м / с. Найдите: время переправы; скорость движения лодки относительно берега; угол (в градусах) между направлением скорости лодки по берегу; перемещение лодки относительно воды.

Answer 1

Дано:

L = 200 м

v = 5 м/с

v' = 3 м/с

V, t, β‎, s - ?

Кратчайший путь - это путь, перпендикулярный берегам реки. В таком случае лодка должна противодействовать течению реки, чтобы её не сносило в сторону, когда она поплывёт перпендикулярно берегам. Ведь если она не будет противодействовать, то путь окажется не перпендикулярным, а диагональным. Получается, что cкорость лодки должна быть направлена под тупым углом (π/2 + α) к направлению скорости течения и, следовательно, к берегу, от которого лодка движется, т.к. течение реки происходит параллельно этому берегу. Сделаем расклад скорости лодки на вертикальную составляющую и горизонтальную составляющую. У нас получится прямоугольный треугольник, в котором гипотенуза - это скорость лодки относительно воды v, катет, параллельный берегу, - скорость течения v', и катет, перпендикулярный берегу, - скорость лодки относительно берега V. Угол β‎ - острый угол между скоростью v и берегом, который нам и нужно будет найти. Выходит, что скорость относительно берега равна геометрической разности скорости относительно воды и скорости течения:

V² = v² - v'² = 5² - 3² = 25 - 9 = 16 => V = 4 м/с.

Найдём время:

t = L/V = 200/4 = 50 c

Найдём угол β‎ между направлением скорости лодки v и берегом из соотношения катетов прямоугольного треугольника - поделим скорость V (противолежащий катет) на скорость v' (прилежащий катет):

tgβ‎ = V/v' = 4/3 - теперь найдём арктангенс: β‎ = arctg(4/3) = 59,033 = 59°

Остаётся найти перемещение лодки относительно воды. Т.к. горизонтальная составляющая скорости лодки относительно воды v по модулю равна скорости течения v', то абсолютная скорость лодки в системе отсчёта "вода" равна этой же скорости:

Vabs = |v'| = v' = 3 м/с

За время t лодка переместится относительно воды по горизонтали на расстояние:

D = Vabs*t = 3*50 = 150 м

По вертикали лодка переместится на расстояние L, тогда полное перемещение лодки s будет равно геометрической сумме L и D:

s² = L² + D² = 200² + 150² = 40000 + 22500 = 62500 => s = √62500 = 250 м

ответ: 4 м/с, 50 с, 59°, 250 м.