Question

一條寬度為L的河流，水流速度為v_水，已知船在靜水中的速度為v_船，那么：

（1）怎樣渡河時間最短？

（2）若v_船＞v_水，怎樣渡河位移最小？

Answer 1

思路點撥：小船在有一定流速的水中過河時，實際上參與了兩個方向的分運動，即隨水流的運動（水沖船的運動）和船相對于水的運動（即在靜水中的船的運動），船的實際運動是合運動.

解析：（1）如圖5-1-9所示，設船頭斜向上游與河岸成任意角θ，這時船速在垂直于河岸方向的速度分量為v₁=v_船sinθ，

圖5-1-9

渡河所需時間t==

可以看出：L、v_船一定時，t隨sinθ增大而減小；當θ=90°時，sinθ=1（最大）.所以，船頭與河岸垂直,t_min=Lv_船.

（2）如圖5-1-10所示，渡河的最小位移即為河的寬度.為了使渡河位移等于L，必須使船的合速度v的方向與河岸垂直，這時船頭應指向河的上游，并與河岸成一定的角度θ.根據三角函數關系有v_船cosθ-v_水=0

圖5-1-10

cosθ=，即：θ=arccos

因為0≤cosθ≤1，所以只有在v_船＞v_水時，船才有可能垂直河岸橫渡.

答案：（1）速度與河岸垂直

（2）船速與河岸夾角為arccos，且指向上游.