你有沒有想過,在暴雨中跑步會比走路淋得更溼嗎?你應該以哪個角度傾斜頭部,以最大限度地減少淋到的雨水?這個難題提出了同樣的問題,但涉及的是在雨中移動物體:博物館裡一幅大型珍貴的德拉克羅瓦畫布。
首先,假設你博物館的畫布高度為H,左右寬度為W。雨滴以速度vr垂直落下。現在正在下著穩定的大雨,你不想讓畫布淋溼。
熱身題:如果畫布的頂面是防水的(並且擊中頂面的水會流到畫布的側面而不會滴落到畫布上),但畫布對正面和背面的水同樣敏感,那麼你應該以多快的速度和哪個角度移動畫布,以使正面和背面儘可能少地淋到雨水?
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熱身題的解答:當畫布以速度vc移動時,如果畫布以角度θ(從垂直方向)向前傾斜,其中θ = arctan(vc / vr ),並且vr是雨滴的速度,那麼就不會有雨水落在畫布的正面或背面。
如果你的三角學知識有點生疏,請回憶一下,直角三角形的正切是對邊長度除以鄰邊長度。如果雨滴在畫布前面開始落下,它就不會擊中畫布(畫布永遠不會追上雨滴),如果它在後面開始落下,它永遠不會追上畫布。
館長髮現保持穩定的速度有點令人擔憂,所以他設法找到一個可以連線到畫布頂部的遮陽篷。
問題:1. 如果有一個長度為A的遮陽篷以直角連線到高度為H的畫布頂部,並且畫布和雨水都是垂直的,那麼你應該以多快的速度移動,以確保沒有雨水擊中畫布的正面或背面,並儘快到達目的地?
如果有逆風,特別是可變的風,這個策略效果不佳。在那種情況下,你可能需要以令人驚訝的方式傾斜畫布並轉動遮陽篷。
2. 假設遮陽篷可以相對於畫布旋轉到任何位置。逆風 vw的變化範圍為0到1.5米/秒。雨滴的垂直速度vr為5米/秒,畫布的高度H為3米,遮陽篷A距離畫布0.8米。你必須以哪個速度vc移動?畫布與地面的角度應該是什麼?遮陽篷與畫布的角度應該是什麼?加快速度有幫助嗎?