物理整活篇——20200912
本期主題見標(biāo)題——整活!起因是今早我起床癱在床上擺爛刷b站,看到了這樣一個視頻

,看到這個我便來了興致,說實話我連站在地上投籃都進不了更可能做到這樣的事情,但是我是一名物理系的準(zhǔn)大一生,我可以算啊。

那么正片開始,這個運動過程其實和我們所學(xué)過的平拋運動差不多,只不過要考慮一下空氣阻力,空氣浮力而已,但計算方法都是一樣的,照例水平豎直分解。
那么我們先算豎直:
由牛頓第二定律有
其中空氣浮力的公式大家初中就學(xué)過了
(h代表buoyancy,a代表air,每日英語測試完成)
由于籃球墜落的速度實在不大可能超過2.5馬赫,這過于離譜,所以我們認(rèn)為
(r代表resistance,補昨天的英語測試)
代入表達(dá)式有
其中
接下來就是要求出v關(guān)于t的表達(dá)式
簡單做個變形
兩邊同時積分
這樣我們就順利得出了v關(guān)于t的表達(dá)式,也就可以求出這個樓的高度
從視頻中可以得知球的滯空時間約為7秒(在這樣的尺度下籃筐高度可以忽略),查資料可知籃球的質(zhì)量約為0.6kg
籃球半徑約為0.12m
籃球的空氣阻力系數(shù)約為0.55
空氣的密度約為1.23kg/(m^3)(注:由于溫差過小故將空氣的密度視為均勻)
重力加速度按9.8m/(s^2)
代入數(shù)據(jù)由fx-991有
這個數(shù)值是合理的同時也不用考慮g和T的變換,是如此的完美!
接下來考慮橫向:
起初我認(rèn)為橫向為勻速運動,但仔細(xì)看了視頻后我發(fā)現(xiàn)這并不合理,因為視頻中的籃球軌跡明顯是一個上凹函數(shù),而如果是勻速運動理應(yīng)是上凸函數(shù),經(jīng)過思考我得出了一個結(jié)論。
是風(fēng),這里面加了風(fēng)!
我本想隨便將風(fēng)速看成一個常量,當(dāng)勻加速運動水一下得了,但思來想去這也不合理,72.5米的落差,還有周圍樓房的遮擋,風(fēng)速不變不擺明把讀者當(dāng)**嗎!這讓我于心不忍,但我也實在是懶得考慮這樣一個近似混沌的模型(你怎么知道風(fēng)怎么吹!你把周圍地理模型全給我我都不想算?。┧晕野扬L(fēng)看出一個和高度成正比方向沿籃球水平速度方向的一個變量,原諒我現(xiàn)在只能算到這個地步
其中為樓頂處風(fēng)速,c為比例常數(shù)。
接下來就是求h關(guān)于t的表達(dá)式,這十分輕松,求解一個初等不定積分就ok
再將這個方程代入風(fēng)速方程中
注:第一個括號內(nèi)的3.5是因為地表為0級風(fēng)的可能基本為0,所以引入3級風(fēng)的風(fēng)速來使結(jié)論合理
設(shè)籃球出手后達(dá)到最高點的水平速度為
其受到的水平風(fēng)力為
由動量定理有
再進行一次積分我們就可以得到水平位移x與t的關(guān)系式
我實在是不想去假設(shè)那些數(shù)值了,這里給出籃球在此過程中的參數(shù)方程
那么祝大家投籃成功!

終于是回歸專業(yè)了!