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有風阻的非自由落體的速度求解之路問題的由來開啟求助模式結語

目錄

問題的由來

開啟求助模式

求助一 數學實體競賽老師

求助二 高中數學老師

求助三 做輪胎的

求助四 國小教師

求助五 剛考完研的大四小朋友

求助六 前同僚——得到正确答案

結語

問題的由來

上周有一天和老婆大人讨論小孩平衡車的問題,說體重大的小孩下坡有優勢,速度會更快。我感覺也是的,那為什麼體重大的會更快呢,老婆說你看看他們比賽不就知道了。我說對,如果不考慮阻力肯定是一樣快,參考伽利略鐵球實驗,考慮阻力的話,我應該能列個式子說明為什麼體重大的快。

于是想起高中的實體知識,滾動摩擦忽略不計,隻計算風阻吧

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中學實體知識就很簡單了 固定的阻力, Vt = V0 + at.. 不固定的阻力,加速度變化的阻力,大概做個積分運算就好了,于是我列出了下面的式子:

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到這一步,發現自己解不了了,網上查了查積分運算公式,也不知道怎麼套了,記得是要把V dv弄到一邊,t dt弄到一邊,一起取積分才能解。

開啟求助模式

求助一 數學實體競賽老師

第一個想到的就是高中同學KD勤,魔都師範大學研究所學生畢業,現在專門帶中學實體 數學競賽,按理說,這種簡單的積分運算應該不在話下,于是得到以下對話:

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好吧。。上師大的研究所學生也不會解了。

我始終認為這個積分解起來很簡單,大約大一剛學完微積分的學生應該都會解的,研究所學生考試好歹考過高數的,沒理由不會解。

求助二 高中數學老師

過了幾天,我又想到第二個人,高中同學南哥,現在母校高中數學老師,以前成績很很好。

為了簡單求教,我就把問題簡化了一下(不用管角度了),變成非自由落體速度計算,重新加了說明和列了個式子:

物體落體,品質m
空氣阻力  f = k v^2 , 與下落速度平方成在正比。

從t0 時刻 物體開始下落, 求 t1 時刻 物體的速度。

因為空氣阻力f是一個連續變化的量,描述 某一時刻的速度,應該用微積分可解。
           
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南哥是這樣回複我的

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如果我記得不錯南哥大學也是師範類的數學專業,也忘記怎麼解了,這不科學。

求助三 做輪胎的

又問了幾個其他人,基本都不會,我又想到了一個檬神,做輪胎的,當年數學也是不錯的。

但是他發給我了這樣一張圖

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我才恍然大悟,果然是這樣,同為工作多年的人,數學早已是國小水準!

求助四 國小教師

但是我仍不放棄,終于大學同學、回老家當國小老師的霞姐,花了2分鐘給我寫了一個答案,不愧是大學班上成績不錯的。

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心想學習好的就是好啊,過了這麼多年都還記得,不過這個答案看起來總感覺有點不對,再問問其他人吧。

求助五 剛考完研的大四小朋友

小朋友剛考完研,那高數知識不還是熱乎着麼,問問先:

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答案和霞姐的一模一樣,看來答案應該是它了吧。

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我也說出了我的疑惑,但是看來我的疑惑很可能是多慮了,因為兩個人都一樣的答案,應該八九不離十了吧。。

求助六 前同僚——得到正确答案

再找個人解一下,如果答案都一樣,那就沒跑了。

要不要問一下大學的老師?算了,去問老師太丢臉了,再想想其他人。

于是我終于想起了去年考上中大研究所學生的小越越,邊工作邊考研的必然學霸無疑。

他給出了答案是這樣

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驚呆了,帥爆了!!學霸就是學霸,仔細看完了解體步驟,這才是正确答案!!

結語

功夫不負有心人,最終得到了答案。

但是要解一個 帶e的 分式方程,最終V的解也會是一個十分複雜的表達式,确實也懶得再往下算了。

似乎已經忘了初心:寫一個方程(表達式)來告訴老婆為什麼體重大的小孩騎車下坡會更快些!

雖然幹了一件無聊的事情,但是過程還是很喜感的,就連前Leader北航數學專業的也對此保持沉默,哈哈哈哈哈。

而且還給少有交集的朋友找點話題,增進友誼!!(我就喜歡看到你們一臉懵逼也跟我一樣做不出來的樣子!)

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