交分解,如图5,为水流速度,则为船实际上沿水流方向的运动速度,为船垂直于河岸方向的运动速度。
问题1:渡河位移最短
河宽是所有渡河位移中最短的,但是否在任何情况下渡河位移最短的一定是河宽呢?下面就这个问题进行如下讨论:
(1)
要使渡河位移最小为河宽,只有使船垂直横渡,则应,即,因此只有,小船才能够垂直河岸渡河,此时渡河的最短位移为河宽。渡河时间。
(2)
由以上分析可知,此时小船不能垂直河岸渡河。
以水流速度的末端A为圆心,小船的开航速度大小为半径作圆,过O点作该圆的切线,交圆于B点,此时让船速与半径AB平行,如图7所示,从而小船实际运动的速度(合速度)与垂直河岸方向的夹角最小,小船渡河位移最小。
由相似三角形知识可得
解得
渡河时间仍可以采用上面的方法
(3)
此时小船仍不能垂直河岸渡河。由图8不难看出,船速与水速间的夹角越大,两者的合速度越靠近垂直于河岸方向,即位移越小。但无法求解其最小值,只能定性地判断出,船速与水速间的夹角越大,其位移越小而已。
问题2:渡河时间最短;
渡河时间的长短同船速与水速间的大小关系无关,它只取决于在垂直河岸方向上的速度。此方向上的速度越大,所用的时间就越短。因此,只有船的开航速度方向垂直河岸时,渡河时间最短,即。