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下雨时,是走路淋到的雨少还是跑步淋到的雨少?

已有 5961 次阅读 2015-6-15 08:29 |系统分类:教学心得

 要在雨中从一处沿直线跑到另一处,若雨速为常数且方向不变.我们看一下是走路淋到的雨少还是跑步淋到的雨少?也就是看一下速度对淋雨的影响。

 

 将人体简化成一个长方体,高a(颈部以下),宽b(左右肩),厚c(前后).设跑步距离d,跑步最大速度vm,雨速u,降雨量w,记跑步速度为v.

 

 (1)不考虑雨的方向,设降雨淋遍全身,以最大速度vm跑步,估计跑完全程的总淋雨量.

 全身面积s=2ab+2ac+bc,淋雨时间t=d/vm,降雨量w,所以总淋雨量Q=stw.

 例如a=1.5m,宽b=0.5m,厚c=0.2m.设跑步距离d=1000m,跑步最大速度vm=5m/s,雨速u=4m/s,降雨量w=2cm/h,则s=2.2(m^2),t=200(s),Q=2.44(L).  

 

 (2)雨从迎面吹来,雨线与跑步方向在同一铅直平面内,且与人体的夹角为θ如图.

 顶部淋雨量Q1=bcdw cosθ/v;雨速水平分量u sinθ,方向与u相反,合速度usinθ+v,迎面单位时间、单位面积的淋雨量w(u sinθ+v)/vr,迎面淋雨量Q2=abdw(u sinθ+v)/uv,所以总淋雨量Q=Q1+Q2=

(bdw cu cosθ+a(u sinθ+v))/(u v).v=vm时Q最小.

 如果用前面的例了的数据可知,当θ=0,Q=1.15(L),θ=30度时,Q=1.55(L).

 可见跑的快,淋的雨就少。

 (3)雨从背面吹来,雨线方向与跑步方向在同一铅直平面内,且与人体的夹角为α.



与(2)不同的是,合速度为|u sinα-v|,于是总淋雨量


若c cosα-a sinα<0,即tanα>c/α,则v=u sinα时Q最小.否则,v=vm时Q最小。

 如当α=30度,tanα>0.2、1.5, v=2m/s,Q=O.24(L)最小.而当v=vm时,Q=0.93(L)反而淋雨量大了。

这时要想淋雨量小就不能跑最快了。




 


参考

1.http://v.youku.com/v_show/id_XNDkzMjM4NDI0.html?from=s1.8-1-1.2

2.姜启源,谢金星,数学模型(第四版).高等教育出版社,2006.





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