船渡河时,船的实际运动(即相对于河岸的运动)可以看成是随水以速度v1与随水速度v1漂流的运动和以v2相对于静水的划行运动的合运动。
(1)船的实际速度即合速度:
v=根号(v1^2+v2^2)
合位移:
s=根号(s1^2+s2^2)
此时小船不能到达正对岸的B点,而是运动到B下游的C点。由于划行速度v2是个定值,只要船相对静水的这个分运动的位移s2最短(此时即s2=d),船渡河时间则最短,最短时间为:tmin=d/v2
切记:由于此时合速度方向并不垂直于河岸,故实际位移s不是最短,必定有s>d
(2)船头偏向上游一定角度时,船通过的实际位移最短。
①当小船划行速度v2>v1时,若要使小船到达正对岸,应使合运动的速度方向垂直河岸,此时应使船头偏向上游一定角度θ划行,才有可能使合运动速度v垂直河岸,使得实际位移(合位移)最小,此时最小合位移为河宽d,即s=d
θ一定满足cosθ=v1/v2
切记,此时合速度v=v2sinθ<v2,所以渡河时间t不是最短,为t=d/vsinθ>tmin
②当v1<v2时,则不论船向如何,总被水流冲向下游。设船头(v2)与河岸成θ角,合速度v与河岸成α角,可以发现:α角越大,船漂下的距离x越短,渡河的位移越小。以v1的箭尾为圆心,以v2的大小为半径画圆。当v与圆相切,α最大。根据cosθ=v2/v1得船头与河岸的夹角为:
θ=arccosv2/v1
渡河位移最小为:s=d/cosθ
参考资料:自己打的!