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一张A4纸纸船可载重一千克

(2013-03-26 15:58:09)
标签:

曹冲称象

纸船载重

纸船制作

一张a4纸

教育

分类: 科技
科技吉尼斯有一个比赛项目叫曹冲称象(纸船承重),规则要求用A4纸制作一条能承重的纸船,完成后的纸船必须符合如下规定,①重量不超过8克;②长度不小于20厘米,宽度、高度不限;③材料只准使用大会提供的70gA4纸,可剪裁。由于一张A4纸的质量在5克左右,所以8克的船应该在一张半的样子,那么如何折叠成了最为关键的问题。
如果只用一张A4纸,利用一定的科学知识,能否计算出如何折叠才能达到最大排水量呢?回答是能的,只是计算出的结论是一种理想状态,实际操作中存在纸船变形、解体等问题,在理论基础上用多余的半张纸进行加固处理,不失为一种不错的想法。
具体计算过程如下,取一张A4纸,其长边29.7cm,短边21.0cm,从长边折去x厘米,再在短边折去x厘米,这条折边90度的边是作为船沿用的,这样余下的底面长变成(29.7-2x)cm和(21.0-x)cm,加上船沿的高度xcm,体积公式就是V=(29.7-2x)(21.0-2x)x=4x^3-101.4x^2+623.7x,单位是cm^3,利用求导公式可得,V'=12x^2-202.8x+623.7,当V'=0时,出现奇点,即12x^2-202.8x+623.7=0,此方程可解出x的两个解,其中x=4.04是正确解。下面计算这时船的容积V=(29.7-2*4.04)*(21.0-2*4.04)*4.04=1128.49,单位是cm^3,如果它能排开1128cm^3的水,那么这个纸船能承载的硬币质量就是1128克,完全能够破去年的记录。
上面求解奇点的方法如果不会用的话,可以利用图像法画曲线,利用曲线看体积最大值就是了,只是图像法烦了些,这里就不详细描述了。

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