皎皎道:“哦,怪不得其他学科出得那么简单。我还想着要是我,最起码会给个经纬度,然后让计算一下夸父至少需要达到怎样的速度才能做到‘与日逐走’,如果以人类平均奔跑步频,假设步长与身高成正比,夸父又需要怎样的身高才能达到这样的速度。”
“夸父说‘我谢谢你啊’。”
“这题很容易错的。因为晨昏线和自转轴有夹角,而且这个夹角不同时间是不一样的。”
“怎么数学和地理一起考呢?”
“我还可以加个物理——夸父最后不是死了吗?假设由静止直立到倒下的过程中,夸父可以看作一根质量均匀分布的细杆,以脚接触地面的那一点为转轴,忽略空气阻力影响,那么可以计算一下不同位置时的角速度,还可以计算一下杆顶水平速度的最大值,看看这个速度和晨昏线移动速度差多少,还有,如果要求这个速度可以追上晨昏线速度,那么夸父此时又需要怎样的身高。”
“你还是躲起来吧,小心夸父叫来一堆学不会的学生,把你暴揍一顿。诶,说到这个,之前什么小松鼠大门板的都爱往你身上招呼,会不会是后世的学生不堪其扰,穿越时空来打人呢?唉,太过分了,不会就不会吧,怎么可以打人呢?”
“好像是有一点超纲,需要用到微积分。你一向不喜欢学这个。”
“没事,我还有你,你帮我算算吧。”梅任行见其在纸上写了起来,于是道,“你还真算啊?等等,你这用的是转动惯量吗?”
“你知道转动惯量?”
“我猜的。需要转动,自然就需要转动惯量。”
“是需要。”皎皎继续写了起来,“不过公式我忘了。直接用微积分算动能,也是一样的。”
梅任行点点头,仔细研究了起来,只见纸上画了一个受力分析图,旁边写的是:设细杆质量为m,长为L,当前位置与起始位置夹角为θ,以地面为参考平面计算重力势能,则有
E动=∫〖1/2 v^2 dm〗=∫〖1/2 w^2 r^2 dm〗
E重=∫〖g rcosθ dm〗
设杆密度为ρ,横截面积为S,则
dm=ρSdr
m=ρSL
则有
E动=∫_0~L〖1/2 w^2 r^2 ρSdr〗=〖1/2 w^2 ρS 1/3 r^3 |〗_(0~L)=1/6 w^2 ρSL^3=1/6 mL^2 w^2
E重=∫_0~L〖g rcosθρSdr〗=〖gcosθρS 1/2 r^2 |〗_(0~L)=1/2 gcosθρSL^2=1/2 mgL cosθ
由于能量守恒,故
E动初+E重初=E动+E重
0+1/2 mgL=1/6 mL^2 w^2+1/2 mgL cosθ
故不同位置时的角速度为