Задачи на движение по воде

Содержание

Задачи на движение по воде (Задание 11)

Тема «Движение по воде» даёт примерно каждую третью задачу в номере 11 - это самый популярный сюжет этого задания. По реке или озеру плывёт лодка, катер, теплоход или плот; нужно учесть скорость течения, связать путь, скорость и время, составить уравнение и решить его.

Основные формулы

Все задачи на движение строятся вокруг одной главной формулы.

В воде скорость объекта зависит от направления движения относительно течения:

Схема движения лодки по реке

Алгоритм решения

В 99% случаев задача на движение по воде идеально решается через таблицу.

Слова-маркеры в тексте

Обращай внимание на эти фразы, они чётко указывают, как составлять уравнение:

  • «Затратил на обратный путь на 4 часа меньше»   ⟹  \implies вычитай из большего времени меньшее: tбольше−tменьше=4t_{\text{больше}} - t_{\text{меньше}} = 4. (Подсказка: где скорость меньше, там время больше!)
  • «После стоянки в 3 часа возвращается через 15 часов»   ⟹  \implies теплоход двигался только 15−3=1215 - 3 = 12 часов. Уравнение: tтуда+tобратно=12t_{\text{туда}} + t_{\text{обратно}} = 12.
  • «Затратил столько же времени»   ⟹  \implies приравняй время на разных участках: t1=t2t_1 = t_2.
  • «Встретились через tt часов»   ⟹  \implies складывай скорости сближения. Если один объект плывёт по течению, а другой навстречу - их относительная скорость равна (v1+vтеч)+(v2−vтеч)=v1+v2(v_1 + v_{\text{теч}}) + (v_2 - v_{\text{теч}}) = v_1 + v_2, течение сокращается.
Горизонтальная схема реки в виде широкой полосы со стрелками

Подтипы задач

В номере 11 встречаются четыре типовых сценария движения по воде:

  1. Туда и обратно со стоянкой. Даны полное время отсутствия и длительность стоянки - вычитаешь одно из другого и получаешь время в движении.
  2. Разница во времени. Обратный путь занял на kk часов меньше (или больше). Уравнение строится как разность двух дробей.
  3. Равное время. На обратном пути скорость лодки изменилась (или появилась остановка), но время получилось такое же. Приравниваешь две дроби и находишь скорость.
  4. Встреча или догонка на реке. Два объекта выходят навстречу (или вдогонку) по одной и той же реке. В формуле сближения скорости течения у них складываются с разными знаками, поэтому часто взаимно сокращаются - итоговая относительная скорость зависит только от собственных скоростей.

Примеры решения

Три задачи - от классической «туда-обратно со стоянкой» к ловушке с вопросом.

Пример 1. Классическая задача со стоянкой

Условие: Моторная лодка проходит по течению реки до пункта назначения 120 км и после стоянки возвращается в пункт отправления. Найдите собственную скорость лодки, если скорость течения равна 3 км/ч, стоянка длится 2 часа, а в пункт отправления лодка возвращается через 11 часов. Ответ дайте в км/ч.

Решение:

  1. Реальное время лодки в движении. Она отсутствовала 11 часов, но 2 часа стояла: tдвижения=11−2=9t_{\text{движения}} = 11 - 2 = 9 часов.

  2. Пусть xx - собственная скорость лодки (км/ч), x>3x > 3. Заполним таблицу:

НаправлениеSS (км)vv (км/ч)tt (ч)
По течению120120x+3x + 3120x+3\dfrac{120}{x + 3}
Против течения120120x−3x - 3120x−3\dfrac{120}{x - 3}
  1. Суммарное время в пути равно 9 часам:
120x+3+120x−3=9\dfrac{120}{x + 3} + \dfrac{120}{x - 3} = 9
  1. Сначала удобно разделить обе части на 3:
40x+3+40x−3=3\dfrac{40}{x + 3} + \dfrac{40}{x - 3} = 3

Приводим левую часть к общему знаменателю:

40(x−3)+40(x+3)(x+3)(x−3)=3\dfrac{40(x - 3) + 40(x + 3)}{(x + 3)(x - 3)} = 3
80xx2−9=3\dfrac{80x}{x^2 - 9} = 3
  1. Умножаем крест-накрест (при x>3x > 3 знаменатель ненулевой):
3(x2−9)=80x  ⟺  3x2−80x−27=03(x^2 - 9) = 80x \iff 3x^2 - 80x - 27 = 0
  1. Считаем дискриминант через D4\dfrac{D}{4} (второй коэффициент чётный, k=−40k = -40):
D4=k2−ac=1600−3⋅(−27)=1681=412\dfrac{D}{4} = k^2 - ac = 1600 - 3 \cdot (-27) = 1681 = 41^2
x=40±413x = \dfrac{40 \pm 41}{3}

Отрицательный корень x=−13x = -\dfrac{1}{3} отбрасываем, остаётся x=813=27x = \dfrac{81}{3} = 27.

Проверка: 12030+12024=4+5=9\dfrac{120}{30} + \dfrac{120}{24} = 4 + 5 = 9. Сошлось.

Ответ: 27

Пример 2. Разница во времени

Условие: Катер прошёл против течения реки 140 км и вернулся в пункт отправления, затратив на обратный путь на 4 часа меньше. Найдите скорость течения реки, если собственная скорость катера равна 12 км/ч. Ответ дайте в км/ч.

В задачах ЕГЭ часто бывают «ловушки» с вопросом. Иногда просят найти не скорость, а пройденный путь.

Пример 3. Ловушка с пройденным расстоянием

Условие: Теплоход, собственная скорость которого равна 24 км/ч, проходит некоторое расстояние по реке и после стоянки возвращается в исходный пункт. Скорость течения равна 2 км/ч, стоянка длится 6 часов, а в исходный пункт теплоход возвращается через 30 часов после отправления. Сколько километров проходит теплоход за весь рейс?

Частые ошибки

Что запомнить

  1. Всегда рисуй таблицу S,v,tS, v, t. Это исключает 90%90\% ошибок при составлении уравнения.
  2. В столбце tt всегда должны стоять дроби Sv\dfrac{S}{v}.
  3. В уравнении на разницу времени всегда вычитай из бóльшей дроби (где знаменатель меньше) меньшую дробь (где знаменатель больше).
  4. Озеро = нет течения. Плот = нет собственной скорости.

Стратегия на экзамене

Проверь себя
  1. Собственная скорость лодки 15 км/ч, скорость течения 3 км/ч. С какой скоростью лодка плывёт против течения?
  2. С какой скоростью плывёт плот по реке, если скорость течения равна 2 км/ч?
  3. Теплоход отправился в рейс туда и обратно, стоянка длилась 2 часа, а вернулся он через 11 часов после отправления. Сколько часов теплоход был в движении?
  4. Катер затратил на обратный путь (по течению) на 4 часа меньше, чем на путь против течения. Какое уравнение верно?