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趣味的數學-81 2019-09-05 20:18:12

趣味的數學-81


一男孩滾出了兩個雪球。大雪球的直徑是小雪球的2倍。他把兩個雪球一起放入溫暖的室內,雪球的表面都曝露在室內溫暖的空氣里,它們一起開始融化。假設它們融化的速率與它們的表面積成正比。

問:當大雪球融去一半的體積時,小雪球的體積還剩下多少?


【提示】

【先證明:雪球融化的速率與它們的表面積成正比,即表明雪球融化的速率與它們半徑的減少成正比,與它們的體積無關】


【MM, 1944-1945, problem 557】


瀏覽(747) (0) 評論(21)
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文章評論
作者:嘎拉哈 留言時間:2019-09-10 01:57:34

【先證明:雪球融化的速率與它們的表面積成正比,即表明雪球融化的速率與它們半徑的(平方)減少成正比,與它們的體積無關】

v=kr^3

dv/dt = 3kr^2(dr/dt) = -cr^2

dr/dt = - c/3/k = const.  即在給定的時間內,大小雪球的半徑縮減量相同。

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作者:Laober 留言時間:2019-09-09 19:22:08

老顧:你的英翻漢出了幾次錯了!以後直接上原題吧!

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作者:gugeren 回復 蔣大公子 留言時間:2019-09-09 13:02:06

【應該是與它們半徑的平方減少成正比】

對,這個表述準確。我前面的表述不夠精確。

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作者:蔣大公子 回復 蔣大公子 留言時間:2019-09-09 05:43:30

R^2/r^2=S/s

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作者:蔣大公子 留言時間:2019-09-09 05:41:33

【雪球融化的速率與它們的表面積成正比,即表明雪球融化的速率與它們半徑的減少成正比,】應該是與它們半徑的平方減少成正比,

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作者:gugeren 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 20:11:29

這就是了。

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作者:嘎拉哈 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 19:53:29

3 小雪球的剩餘半徑 Rsr =2x[(1/2)^(1/3) -1/2]xRs0

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作者:嘎拉哈 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 19:48:30

c<>r 意味着,在給定的時間內,大小雪球的半徑縮減量相同,即

dRL = dRS =dR (d 代表希臘字母delta)

1 大雪球體積縮減一半時的所剩半徑 RLR:

(1/2)VL= (1/2)kR^3 =k[(1/2)^(1/3)R]^3 =k(RLR)^3

所以,RLR=(1/2)^(1/3)R =0.8R 

2 大小雪球的半徑縮減量縮減量 dR:

dR = R-RLR= [1-(1/2)^(1/3)]R

3 小雪球的剩餘半徑: Rs=RL/2 - dR = [1/2 - 1+(1/2)^(1/3)]RL = 2x[(1/2)^(1/3) -1/2]^3 x Rs

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作者:嘎拉哈 回復 gugeren 留言時間:2019-09-06 19:19:13

單位時間內雪球體積的收縮量(即體積縮減的速率)與單位時間內所接收到的總熱量成正比,等價於

單位時間內所接收到的總熱量與雪球的表面積成正比。這是一個非常make sense 的物理假定。

<>: 與xxx成正比。

dV<>cr^2 <> kr^3 , 因此,體積融化率應當具有r的量綱。即:c<>r

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作者:gugeren 回復 Laober 留言時間:2019-09-06 18:50:32

【雪球融化的速率與它們的表面積成正比】

即雪球融化的速率與它們半徑的平方成正比,而不是與它們半徑的立方成正比。

怎麼繞糊塗了?

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作者:Laober 留言時間:2019-09-06 18:43:24

唉,老顧:你自己把自己繞糊塗了!

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作者:gugeren 回復 Laober 留言時間:2019-09-06 18:28:47

注意:【雪球融化的速率與它們的表面積成正比】【與它們的體積無關】

老嘎的答案是對的。但是他至少應該說明這些數據是怎麼出來的。

估計他是利用比例來計算的。

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作者:Laober 留言時間:2019-09-06 18:21:54

大雪球體積:8V;小雪球體積:V

大雪球面積:4A;小雪球面積:A

大雪球融化速度:4;小雪球融化速度:1

當大雪球融化一半:4V

小雪球融化:1V

所以小雪球所剩為0。

兩個老糊塗:想清楚了嗎?

老顧:你連球的體積公式,表面積公式都不熟悉?

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作者:gugeren 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 18:11:54

【8x[(1/2)^(1/3) -1/2]^3】

能說明是什麼意思嗎?

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作者:嘎拉哈 回復 gugeren 留言時間:2019-09-06 17:48:12

【確實是0.2XXX。但他的方法錯誤】

----

8x[(1/2)^(1/3) -1/2]^3 = 0.202676

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作者:gugeren 回復 Laober 留言時間:2019-09-06 17:14:46

0也不對。沒有融化完啊。

確實是0.2XXX。但他的方法錯誤。

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作者:Laober 留言時間:2019-09-06 16:54:41

還剩下0

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作者:gugeren 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 12:42:28

雖然結果很近似,但是計算方法是錯誤的。

這個結果只能作為估計用。

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作者:嘎拉哈 回復 gugeren 留言時間:2019-09-06 10:49:27

算少了2^3 =8倍。

只剩下原來體積的: 8X[(1/2)^(1/3) -1/2]^3 = 0.2倍。

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作者:gugeren 回復 嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 08:02:14

不對,沒有這麼簡單的。

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作者:嘎拉哈 留言時間:2019-09-06 02:26:26

只剩下原來體積的 [(1/2)^(1/3) -1/2]^3 = 0.025

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