干燥的画布问题

加入我们的科学爱好者社区!

你有没有想过,在暴雨中跑步会比走路淋得更湿吗?你应该以哪个角度倾斜头部,以最大限度地减少淋到的雨水?这个难题提出了同样的问题,但涉及的是在雨中移动物体:博物馆里一幅大型珍贵的德拉克罗瓦画布。

首先,假设你博物馆的画布高度为H,左右宽度为W。雨滴以速度vr垂直落下。现在正在下着稳定的大雨,你不想让画布淋湿。

热身题:如果画布的顶面是防水的(并且击中顶面的水会流到画布的侧面而不会滴落到画布上),但画布对正面和背面的水同样敏感,那么你应该以多快的速度和哪个角度移动画布,以使正面和背面尽可能少地淋到雨水?


支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将有助于确保关于塑造当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。


热身题的解答:当画布以速度vc移动时,如果画布以角度θ(从垂直方向)向前倾斜,其中θ = arctan(vc / vr ),并且vr是雨滴的速度,那么就不会有雨水落在画布的正面或背面。

如果你的三角学知识有点生疏,请回忆一下,直角三角形的正切是对边长度除以邻边长度。如果雨滴在画布前面开始落下,它就不会击中画布(画布永远不会追上雨滴),如果它在后面开始落下,它永远不会追上画布。

馆长发现保持稳定的速度有点令人担忧,所以他设法找到一个可以连接到画布顶部的遮阳篷。

问题:1. 如果有一个长度为A的遮阳篷以直角连接到高度为H的画布顶部,并且画布和雨水都是垂直的,那么你应该以多快的速度移动,以确保没有雨水击中画布的正面或背面,并尽快到达目的地?

如果有逆风,特别是可变的风,这个策略效果不佳。在那种情况下,你可能需要以令人惊讶的方式倾斜画布并转动遮阳篷。

2. 假设遮阳篷可以相对于画布旋转到任何位置。逆风 vw的变化范围为0到1.5米/秒。雨滴的垂直速度vr为5米/秒,画布的高度H为3米,遮阳篷A距离画布0.8米。你必须以哪个速度vc移动?画布与地面的角度应该是什么?遮阳篷与画布的角度应该是什么?加快速度有帮助吗?

© . All rights reserved.