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我还是认为船不会回到原处

已有 5344 次阅读 2016-12-18 17:59 |个人分类:其他|系统分类:科普集锦| normal, style, target, title

抱歉,船有可能会回到原处,我少算了一个距离

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在尤老师的博文下留言后被删掉了,还好岳博主那有备份

其实这个问题和相对论里的双生子佯谬有点类似,都没有考虑速度方向变化时的加速减速过程,认为速度的变化是瞬间完成的,假定了“完全非弹性碰撞”。对于中学生甚至学习大学物理的大学生来说,这么处理也没什么问题,毕竟考试时间有限,考虑那么多就准备不及格吧。我这篇博文只是想试着把我的想法解释清楚。

对于人落船的情况,设人质量为m,初速度为V0向左,船质量为M,初速度为VT向右,末速度为V'向左,一般人都会写出方程:

V'=(mV0-MVT)/(m+M) ------------------------------------------1

但上式是用水平方向不受外力时的动量守恒定律算的,如果考虑这一过程中水的阻力f的影响,连人船之间的摩擦力F也要一起考虑进去,假设船减速到0的时间为t1,船加速到V'的时间为t2,总共的作用时间为t=t1+t2,我们只能用动量定理先写成两个式子:

对于人:-F(t1+t2)=m(V'-V0)------------------------------------2

对于船:(F+f)t1+(F-f)t2=M(V'+VT) ---------------------------3

第二个式子可以写成:F(t1+t2)+f(t1-t2)=M(V'+VT) --------4

2代入4后,得到:V'=[mV0-MVT+f(t1-t2)]/(m+M) ---------5

V'就是蛮力计算里的V',考虑了船变速的作用时间。这样算出来的S'(∞)显然是不会和S(T)严格抵消的。由于船已经被减速了,所以减速到0所需的时间应该更短,(t1-t2)会小于0那么S'(∞)会变小,船一定到不了原处。(这个过程中船也走了一段距离,加上S'(∞)后有可能恰好抵消S(T)

           



另外也可以用这个思路考虑起跳的情况。假设船加速到V1的时间为t0,考虑这一过程中水的阻力f的影响,人船之间的摩擦力为F

对于人:F t0=mV0 -------------------------------------------------6

对于船:(F-f)t0=MV1 ----------------------------------------------7

V1=(m V0–f t0)/M

这个速度会影响S(T)的大小。但这里的f t0不会等于V'里的f(t1-t2),不会影响我的结论。





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