Определить начальную скорость брошенного предмета (С сопротивлением воздуха)

У меня следующая проблема: я хочу определить начальную скорость объекта, который, например, упал с движущегося самолета. Я знаю позицию, откуда упал объект, и я знаю, где объект приземлился. Допустим, начальное положение Икс "=" 0 и у "=" 300 . Объект падает на землю в Икс "=" 700 и у "=" 0 . Какова начальная скорость в Икс 0 ?

Поскольку я должен учитывать сопротивление воздуха , я также знаю массу объекта: 2 к г и он круглый, так что я могу использовать с ш "=" 0,45 а диаметр моей сферы А "=" 0,30 м 2 а температура воздуха везде 20°С, значит плотность воздуха: р "=" 1.2041 к г м ³ в результате чего Ф м "=" 0,0813 * в ²

Я нахожу много решений, которые игнорируют сопротивление воздуха. Это несложно, но очень хотелось бы решить эту проблему с сопротивлением воздуха.

С помощью метода Эйлера я могу рассчитать, куда приземлится этот объект, когда я знаю начальную скорость, теперь я хочу решить это «назад». Как я могу сформулировать задачу математически, чтобы решить ее за в Икс 0 ?

Я ценю любую помощь!

Изменить: по запросу моя программа, которая решает проблему для неизвестного удара, но с известной начальной скоростью и начальным положением:

к м а с с "=" 1 2 с ш А р м

Δ т маленький размер шага

while(y > 0) {

в Икс н е ш "=" к м а с с в Икс 2 + в у 2 * в Икс * Δ т

в у н е ш "=" ( к м а с с в Икс 2 + в у 2 * в у г ) * Δ т

Икс н е ш "=" Икс + в Икс + в Икс н е ш 2 * Δ т

у н е ш "=" у + в у + в в у н е ш 2 * Δ т

в Икс "=" в Икс н е ш ; в у "=" в у н е ш ; Икс "=" Икс н е ш ; у "=" у н е ш ;

}
Давайте посмотрим ваши формулы для решения этой задачи в обратном порядке. В зависимости от того, как вы это сделали, ответ, вероятно, включает в себя некоторую интеграцию или вывод.
Я отредактировал свой вопрос и добавил запрошенные формулы для «обратной» проблемы.

Ответы (1)

У вас есть «прямая» функция x=f(v), и вы хотите знать, для какого значения v вы получите желаемое значение x, которое я буду называть Икс т (цель).

Вы можете использовать простое последовательное приближение Ньютона-Рафсона. Начните со скорости в 1 вы рассчитываете для случая отсутствия трения и получаете значение для Икс 1 (это будет слишком мало). Затем удвоить скорость до в 2 "=" 2 в 1 , и вычислить Икс 2 . Затем вы можете вычислить следующую оценку скорости, в 3 "=" в 2 + в 2 в 1 Икс 2 Икс 1 ( Икс 2 Икс т )

Теперь оцените Икс 3 , выберите два ближайших значения и повторите. Для функции с хорошим поведением этот подход быстро сойдется - и, во всяком случае, у вас всегда будут границы (верхние/нижние) вашего ответа, как только результат ( Икс я Икс т ) меняет знак между двумя ближайшими оценками. Продолжайте, пока они не окажутся «настолько близко, насколько вам нужно».