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说明:以下解法仅是表达岳东晓等的解法,姬扬要考虑人随船走的问题,拉氏变换要复杂些,明天我再做吧。
模型:船质心原位为$x_{0}=0$,质量为m,初始动量为0,在零时刻由于人起跳,水平方向动量变化为p。经过时间$\tau$,人掉下来,船水平动量变化为-p。船受水的粘滞力正比于速度,即-kv。求:船停止时的位置。
解:引入冲击函数表示人瞬时起跳和落船的过程, 船在t=0和t=$\tau$时刻的分别受力为:$p\delta (t)$和$-p\delta(t-\tau)$, 由牛顿第二定律,有如下方程:
$-mx''-kx'+p\delta (t)-p\delta(t-\tau)=0$
使用拉氏变换,可以求得:
$x=(\frac{p}{m} \frac{m}{k}(1-e^{-(kt/m)})u(t)-\frac{p}{m} \frac{m}{k}(1-e^{-(k(t-\tau)/m)})u(t-\tau)$
其中u(.)为单位阶跃函数。
当k严格为零,解为:
$x=\frac{p}{m}t u(t)-\frac{p}{m}(t-\tau) u(t-\tau)$
QED
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分析:从解可知,k趋于无穷小,和k=0结论一样,停止位置一样,只是,k趋于无穷小时,要经过无穷长时间,以无穷小速度,经过无穷小距离,才能到达停止位。
当然,有人肯定会对我前面引入冲击函数表示异议,我建议大家可以阅读应行仁老师关于泛函的相关博文,尤其是关于电容充电那一篇。
另外,我们也可以看出,这个解里,根本没有小船精确回到原位这一说。
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我现在主要在填补王虹宇指出的漏洞,没时间参与大家的物理游戏,致歉。
冬至快乐!
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GMT+8, 2024-12-23 03:37
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