【话题作文】
第一篇:《雨中奔跑问题数学建模》
题目:一个雨天,你有件急事需要从家中到学校去,学校离家不远,仅一公里,况且事情紧急,你来不及花时间去翻找雨具,决定碰一下运气,顶着雨去学校。假设刚刚出发雨就大了,但你不打算再回去了,一路上,你将被大雨淋湿。一个似乎很简单的事情是你应该在雨中尽可能地快走,以减少雨淋的时间。但如果考虑到降雨方向的变化,在全部距离上尽力地快跑不一定是最好的策略。试建立数学模型来探讨如何在雨中行走才能减少淋雨的程度。
1 建模准备
建模目标:在给定的降雨条件下,设计一个雨中行走的策略,使得你被雨水淋湿的程度最小。
主要因素:淋雨量, 降雨的大小,降雨的方向(风),路程的远近,行走的速度 2 模型假设及符号说明
1)把人体视为长方体,身高h米,宽度w米,厚度d米。淋雨总量用C升来记。
2)降雨大小用降雨强度I厘米/时来描述,降雨强度指单位时间平面上的降下水的厚度。在这里可视其为一常量。
3)风速保持不变。
4)你一定常的速度v米/秒跑完全程D米。
3 模型建立与计算
1)不考虑雨的方向,此时,你的前后左右和上方都将淋雨。
淋雨的面积 S2wh2dhwd (米)
雨中行走的时间 t2D(秒) v
降雨强度 I(厘米/时)0.01I(米/时)(0.01/3600)I(m/s)
Ct(I/3600)0.01S(米3)10(D/v)I/3600S(升)
v为变量。模型中D,I,S为参数,而
结论,淋雨量与速度成反比。这也验证了尽可能快跑能减少淋雨量。
若取参数D1000米,I2厘米/小时,h1.50米,w0.50米,d0.20米,即S2.2米2。 你在雨中行走的最大速度v6米/每秒,则计算得
你在雨中行走了167秒,即2分47秒。
从而可以计算被淋的雨水的总量为2.041(升)。
经仔细分析,可知你在雨中只跑了2分47 秒,但被淋了2 升的雨水,大约有4 酒瓶的水量。这是不可思议的。
表明:用此模型描述雨中行走的淋雨量不符合实际。
原因:不考虑降雨的方向的假设, 使问题过于简化。
2)考虑降雨方向。
若记雨滴下落速度为r(米/秒)雨滴的密度为p, p1
表示在一定的时刻在单位体积的空间内,由雨滴所占的空间的比例数,也称为降雨强度系数。
所以,Irp
因为考虑了降雨的方向,淋湿的部位只有顶部和前面。分两部分计算淋雨量。 顶部的淋雨量C1(D/v)wd(prsin)
D/v表示在雨中行走的时间,wd表示顶部面积,rsin表示雨滴垂直下落的速度。 前表面淋雨量C2(D/v)wh[p(rcosv)] 总淋雨量(基本模型)CC1C2pwD(drsinh(rcosv)) v
取参数r4m/s,I36002cm/s,p1.39106
6.95104
C(0.8sin6cos1.5v) v
可以看出:淋雨量与降雨的方向和行走的速度有关。问题转化为给定,如何选择v使得 c最小。
情形1
90 C6.95104(0.81.5) v
43结果表明:淋雨量是速度的减函数,当速度尽可能大时淋雨量达到最小。 假设你以6米/秒的速度在雨中猛跑,则计算得C11.310m1.13升
情形2
60 C6.95104[1.5(0.43)/v]
结果表明:淋雨量是速度的减函数,当速度尽可能大时淋雨量达到最小。
假设你以6米/秒的速度在雨中猛跑,则计算得C14.710m1.47升
情形3 43
90180 此时,雨滴将从后面向你身上落下。
C6.95104[(0.8sin6cos)/v1.5]{雨中奔跑的}.
令 90,则090。 C6.95104[(0.8sin(90)6cos(90))/v1.5]
C6.95104[(0.8cos6sin)/v1.5]
当 090时,C可能取负值,这是不可能的。
出现这个矛盾的原因:我们给出的基本模型是针对雨从你的前面落到身上情形。 因此,对于这种情况要另行讨论。
当行走速度慢于雨滴的水平运动速度,即这时,雨滴将淋在背上,而淋在背上的雨水量是pwDh(rsinv)/v
淋雨总量为CpwD[drcosh(rsinv)]/v
CDwdprcos rsin
4再次代如数据,得C6.9510(0.8cos)/(4sin)
结果表明:当行走速度等于雨滴下落的水平速度时,淋雨量最小,仅仅被头顶上的雨水淋湿了。
若雨滴是以120的角度落下,即雨滴以30的角
从背后落下,你应该以v4sin302m/s的速度行走,此时,淋雨总量为
C6.95104(0.83/2)/2m30.24升
这意味着你刚好跟着雨滴前进,前后都没淋雨。
当行走速度快于雨滴的水平运动速度,即你不断地追赶雨滴,雨水将淋湿你的前胸。被淋得雨量是pwDh(vrsin)/v
淋雨总量为CpwD[drcosh(vrsin)]/v
CpwDr[(dcosrsin)/vh/r]
当dcosrsin0,v尽可能大,C才可能小。{雨中奔跑的}.
当dcosrsin0,v尽可能小,C才可能小。
而vrsin,所以vrsin,C才可能小。
取v6m/s,30时,C6.95104(0.46)/6m30.77升。
4 结论
若雨是迎着你前进的方向向你落下,这时的策略很简单,应以最大的速度向前跑; 若雨是从你的背后落下,你应控制你在雨中的行走速度,让它刚好等于落雨速度的水平分量。
第二篇:《人在雨中奔跑的速度与淋雨量的关系》{雨中奔跑的}.
人在雨中奔跑的速度与淋雨量的关系
摘要:本文通过分析人在雨中奔跑的速度与淋雨量之间存在的关联,针对不同的降雨方向,将人简化为长方体模型,建立了奔跑速度与总淋雨量的优化模型。
针对问题一,假设雨水淋遍全身且不考虑雨的方向,通过简单的模型分析得到跑完全程的总淋雨量。
针对问题二,考虑雨从迎面打来,雨线方向与奔跑方向在同一铅直平面,通过分析淋雨部位、竖直方向雨速和水平方向雨相对于人的速度,建立了总淋雨量的模型,又对模型进行了函数的单调性分析,得知总淋雨量最少时奔跑速度最大。{雨中奔跑的}.
针对问题三,考虑雨从后面打来,雨线方向与奔跑方向在同一铅直平面,通过分析淋雨部位、竖直方向速度和水平方向上的相对速度,针对不同情况,建立了总淋雨量的模型,又对模型进行了函数单调性的分析讨论,得出了总淋雨量最少时的奔跑速度。
针对问题五,针对雨线方向与跑步方向不在同一平面内的情况,对雨速进行空间直角坐标分解,结合问题三,分析模型发生的变化。
关键词:跑步速度;总淋雨量;相对速度;单调性分析;矢量分解
一、问题重述
对于行人来说,下雨天最糟糕的情况莫过于出门在外雨伞没带。在这种情况下,人们习惯用快跑来摆脱困境。归根结底,“跑得越快淋雨就越少”的观点只是一种感性认识。因此,考虑通过建模来科学分析两者之间的关系。
对于下列四个问题,分别给出奔跑速度与淋雨量之间的定性分析。
问题1:在不考虑雨线方向的情况下,计算以最大速度跑完全程的淋雨量。 问题2:考虑雨从迎面打来,且与跑步方向在同一铅直面上,雨线与人体的夹角为。建立总淋雨量与奔跑速度的模型,进而求总淋雨量最少时的速度。
问题3:考虑雨从背面打来,且与跑步方向在同一铅直面上,雨线与人体的夹角为。建立总淋雨量与奔跑速度的模型,进而求总淋雨量最少时的速度。
问题5:考虑雨线方向与跑步不在同一铅直面上时,模型的变化。
二、问题分析
问题1,将人简化为长方体模型,不考虑雨的方向,设降雨淋遍全身,分析人的淋雨面积共五个面分别为前面、背部、顶部、左侧面和右侧面。在雨速为常数且方向不变情况下,可以根据人的最大奔跑速度和路程来求出时间;若测得单位时间,单位面积的降雨量,可以求出总淋雨量。
问题2,雨从迎面打来,雨线方向与奔跑方向在同一铅直面内,且与人体的夹角为,雨速为常数且方向不变,可以将雨速正交分解为水平方向和竖直方向,由此分析可知淋雨部位为前面和顶部。另外,雨迎面打来,雨相对于人的速度会发生变化,查阅资料可以知道降雨强度与雨的空间密度以及雨速有关。故通过关系式表示出雨的相对速度后,可以进一步表示出降雨强度(单位时间段内的降雨量),时间则可以用路程与人的速度相比得出。将时间、淋雨面积、降雨强度与总淋雨量关系表示出来,即可建立总淋雨量与奔跑速度的模型,进而分析求解出总淋雨量最少时的奔跑速度。
问题3,雨从背面打来,雨线方向与跑步方向在同一铅直面内,且与人体的夹角为,同问题2一样进行分析,忽略次要因素,分析得知淋雨面积为背部和顶部。另外,由于雨线方向与问题2不同,以奔跑速度和雨速在水平方向上的分量大小分类讨论,时间仍由路程与奔跑速度之比表示,由此表示出时间、淋雨面积、降雨强度与淋雨量之间的关系,建立总淋雨量与奔跑速度的模型,进而讨论分析出总淋雨量最少时的奔跑速度。
问题5,若雨线方向与奔跑方向,不在同一平面内,可以建立空间直角坐标系,将雨速进行空间分解,分析可知淋雨部位,与问题3中的模型进行分析比较,可知模型变化。
三、模型假设
1.把人简化为一个长方体。
2.雨速对人的奔跑速度的影响忽略不计。 3.若长方体表面与雨速平行,假定不沾雨。 4.人的奔跑速度恒定。 5.降雨速度与强度不变。 6.风速始终不变。
四、符号表示
a 人体身高 b 人体宽度 c 人体厚度 d 跑步距离 vmax 跑步最大速度
u 雨速 I 降雨强度 降雨量 v 跑步速度
同一平面内,雨从迎面吹来,雨线与人体夹角 同一平面内,雨从背面吹来,雨线与人体夹角 t 全过程所花费的时间 S 面积
Q 淋雨量
p 在一定时刻单位体积空间内雨滴所占的空间比例数
五、模型建立与求解
5.1 问题1的模型建立与求解 设长方体模型作为人的简化模型。 全身面积:
S2(abac)bc
淋雨量:
Q
dS
vmax
d2(abac)bc
vmax
5.2 问题2的模型建立与求解 图1为问题2的示意图。
迎面淋雨量:
Q1
abdp(usinv)
v
其中Ip(usinv)
顶部淋雨量:
Q2
bcdpucos
v
其中Ipucos
淋雨量:
QQ1Q2
bdpa(usinv)cucosu(asinccos)
(1) bdpa
vv
模型(1)连续变化,通过单调性分析,可知模型(1)是Q关于v的单调递减函数,故当人的奔跑速度达到最大时,总淋雨量最少。 5.3 问题3的模型建立与求解 图2为问题3的示意图。
背面淋雨量:
Q3
sinv
)
v
其中Ip(usinv)
顶部淋雨量:
Q2
bcdpucos
v{雨中奔跑的}.
其中Ipucos
当usinv时 淋雨量:
QQ2Q3
bdpcucosa(usinv)
v (2)
模型(2)连续变化,通过单调性分析,模型(2)是Q关于v的单调递减函数,故当人的奔跑速度达到最大时,总淋雨量最少。
当usinv时 背面淋雨量:
abdp(vusin)`
Q3
v
顶部淋雨量:
bcdpucos`
Q2
v
淋雨量:
“
QQ2Q3
bdpcucosa(vusin)u(ccosasin)
bdpa (3)
vv
当ccosasin0时,人奔跑的速度越大,总淋雨量越小。人的奔跑速度最
大时,总淋雨量最少。
当ccosasin0时,人奔跑的速度越小,总淋雨量越小。vusin时,总淋雨量最少。
5.4 问题5的模型建立与求解 图3为问题5的示意图。
如图3所示,建立空间直角坐标系,将与跑步速度方向不在同一平面内的雨速分解,分析雨速u在x,
y,z轴上的分量,可知淋雨部位包括侧面,背面和顶部,
第三篇:《在雨中奔跑》
和没有伞的孩子一起在雨中奔跑
有一次开例会,我们领导说,她很喜欢曾经读过的一句话:没有伞的孩子,要学会自己在雨中奔跑。忽然间感触颇深,仿佛脑海里就有了这样一幅画面:倾盆大雨中,一个孩子在雨中奔跑,但是我想象不出那孩子的表情。
其实一个人,能够从孩提时代一直顺利地走到成年,一直到晚年,我说的不只是一种纯粹意义上的身体健康,还包括一些精神的成长。无论是父母还是师长的爱或许会一直陪伴着我们,但总有一个时间,总有一件事情,总有一个思想,得让我们自己去走,去决定,去选择。如果一个人能够从跌跌撞撞中寻找到一些值得自己坚守,并一直为此执着的梦想,那么这个人尚属算有福气的人了。
可是仔细想想,有时候一个小孩子从小到大,有那么多的十字路口,有那么多的选择,有那么多的“少年不识愁滋味”的莫名的忧愁,又有谁曾经真正走进过(他)她的内心深处,给予过真正的帮助或者是解读?
所以,有时候那是孩子们在自己摸索,自己探寻,用他自己尚且不太成熟,不太理性,不太明白的内心去感受这生活,用他自己那双尚且看不清适时的眼睛去观察,自己的内心与周围的环境,无论是家庭、学校,还是社会,去磨合,最后形成了自己的价值观,或许来自书本、或来自现实~""
所以,就尽量试着走进孩子的内心深处吧,做一个辛勤的耕耘者,和所有没有伞的孩子一起在雨中奔跑,让孩子们能够感受到我们内心的阳光、期待与爱,还有执着、梦想、坚持,还有那么多那么多""
或许,这只是一种理想的状态,现实并非总如我们所愿,但总有值得我们所为之努力的""
第四篇:《雨中奔跑的启示》
伞的思考
如果你碰到一个雨天,很大的雨,最要命的是你没有伞,你会选择努力奔跑?还是漫步雨中?
这让我想起了一个很有哲理的故事:有两个人在街上闲逛,突然天空下起了大雨,其中一个路人甲拔腿就跑,而路人乙却不为所动,还是坚持原来的步调,路人甲很是好奇的问:你为什么不跑呢?他回答说:为什么要跑,难道前面就没有雨了吗?既然都是在雨中,我又为什么要浪费力气去跑呢?路人甲哑口无言。
易地而处,你会是谁,是努力奔跑的路人甲?还是淡定如初的路人乙?他们两是谁错了?其实他们都没有错,他们唯一不同的只不过是对待“雨”的态度不同而已。
其实雨中行走正是走在人生之路上,人生的每一步都是自己的选择,也会带来相应的结果;而不同之处就是在于,我们要为自己的选择造成的结果负责而已,而这个结果就是我们的不一样的人生格局。{雨中奔跑的}.
我们来分析一下:路人甲的人生态度相对比较积极上进的,他敢于面对和挑战人人生路上一切不利因素,尽全力达成自己的目标,他最后的结果可能也是全身湿透,这一点和路人乙没有区别,但不同是他努力去争取了,他也可能会得到更好的结果,那就是衣服只是湿了一点,但大大缩短了雨中的跋涉时间,提前到达了晴空万里的人生之路。而路人乙的人生态度就显得消极和堕落很多了,他对不努力奔跑的