人船模型的位移推导可以分为以下步骤:
1. 建立人船模型的数学表达式。
人船模型可以看作是质点系统,其中人的重量可以看作是一个附在船体上的质点,船体则可以看作是一个刚体。因此,可以将系统的动力学方程写成这样:$M
ddot{x} + B
dot{x} + Kx = f(t)$,其中 $x$ 为船体的位移,$M$ 为系统的质量矩阵,$B$ 为阻尼矩阵,$K$ 为刚度矩阵,$f(t)$ 为外部作用力。
2. 假设船体的位移是简谐振动。
由于人船模型在实际中往往是做简谐振动的,因此我们假设船体的位移 $x$ 可以表示成这样:$x = A
sin (
omega t +
phi)$,其中 $A$ 为振幅,$
omega$ 为角频率,$
phi$ 为初相位。同时,我们还要假设船体的速度和加速度分别为:$
dot{x} = A
omega
cos (
omega t +
phi)$,$
ddot{x} = -A
omega^2
sin (
omega t +
phi)$。
3. 将简谐振动的位移、速度和加速度代入动力学方程中。
将假设的简谐振动的位移、速度和加速度代入动力学方程中,可以得到这样的表达式:$-MA
omega^2
sin (
omega t +
phi) + BA
omega
cos (
omega t +
phi) + KA
sin (
omega t +
phi) = f(t)$。由于外部作用力 $f(t)$ 是已知的,因此我们可以解出振幅 $A$、角频率 $
omega$ 和初相位 $
phi$。
4. 计算受力情况。
计算出振幅 $A$ 和角频率 $
omega$ 后,就可以通过公式 $F = MA
omega^2$ 计算出受力情况。在船体不受外部作用力时,受力应该为零,因此可以得到平衡位移 $x_0 = 0$。
以上就是人船模型位移推导的一般步骤。需要注意的是,人船模型的位移推导还需要考虑到人的重心位置、船体的稳定性等因素,以便更精确地计算出船体的位移。
人:m,v,s;船:M,V,S。
mv=MV,则mvt=MVt,则ms=MS,又由s+S=L
人船模型的位移可以通过牛顿第二定律推导得出。根据牛顿第二定律,物体的加速度与作用在物体上的合力成正比,与物体的质量成反比。因此,可以得到以下公式:
F = ma
其中,F为作用在物体上的合力,m为物体的质量,a为物体的加速度。
对于人船模型,可以将人和船看作一个整体,作用在整体上的合力为浮力和重力的合力,即:
F = F浮 - F重
其中,F浮为浮力,F重为重力。
根据阿基米德原理,浮力等于排开的液体的重量,即:
F浮 = ρVg
其中,ρ为液体的密度,V为排开的液体的体积,g为重力加速度。
重力可以表示为:
F重 = mg
其中,m为整体的质量,g为重力加速度。
将上述公式代入牛顿第二定律公式中,得到:
F浮 - F重 = ma
将F浮和F重的公式代入,得到:
ρVg - mg = ma
化简后得到:
a = g(ρV/m - 1)
因此,人船模型的位移可以通过求解上述公式得到。