如何成為一名合格的救生員，如何快速救起一名溺水者？
救生員& amp#039;的選擇
假設(shè)你是救生員，正在巡邏，突然看到有人溺水。作為一名合格的救生員，你想以最快的速度救出落水者，那么如何選擇最快的路徑呢？這里討論的路徑只考慮純物理，不考慮潮汐、海浪、救生員經(jīng)驗(yàn)水平等因素。
現(xiàn)在有三條路徑可以選擇，假設(shè)無(wú)論你選擇哪條路徑，你的速度都是一樣的。路徑A是你和溺水者之間的連接，路徑B是你先跑到溺水者垂直于沙灘的焦點(diǎn)，然后游到那里，路徑C介于兩者之間。
我猜你的第一反應(yīng)應(yīng)該是兩點(diǎn)之間的線段最短，沿著你們之間的直線直線跑會(huì)最快，所以你選擇路徑a .但是don & amp#039;別忘了，沙灘上的跑步速度和海里的游泳速度是不一樣的，游泳速度會(huì)比跑步速度慢。而且這條路線的游泳距離最長(zhǎng)，所以在水里的時(shí)間會(huì)比較多。路徑b呢？在B路線中，因?yàn)槟缢吲c沙灘的連線垂直于沙灘，這是他到沙灘的最短距離，所以游泳距離最短，但這條路線在沙灘上最長(zhǎng)，所以會(huì)在沙灘上花更多的時(shí)間。路徑c是最佳選擇。正如美國(guó)理論物理學(xué)家理查德費(fèi)曼所說(shuō)。quot水路最短路徑太長(zhǎng)，陸路最短路徑太長(zhǎng)。綜合考慮兩者，最短路徑應(yīng)該在兩者之間。& ampquot所以當(dāng)你面前有三條路的時(shí)候，你應(yīng)該選擇c路。
光的折射
看路徑C，還記得光的折射嗎？將激光筆照入水中，你可以看到光被折射了。當(dāng)光在空氣中時(shí)，它傳播得很快。入水時(shí)不斷與水分子碰撞，速度會(huì)降低，發(fā)生折射。事實(shí)上，有一個(gè)法律叫做斯內(nèi)爾& amp#039;的法律。當(dāng)光從一種物質(zhì)進(jìn)入另一種物質(zhì)時(shí)，折射角與該物質(zhì)的折射率有關(guān)。根據(jù)這個(gè)定律，只要知道物質(zhì)的折射率，就可以計(jì)算出光的折射角。然而，你知道確切的折射角，但你不知道。#039;我不知道為什么光會(huì)選擇這條路。
那么為什么光會(huì)以這樣的路徑傳播呢？1662年，法國(guó)科學(xué)家皮埃爾費(fèi)馬解釋說(shuō)：當(dāng)光從一個(gè)地方傳播到另一個(gè)地方時(shí)，它總是走最短的路徑。這就是最初的費(fèi)馬原理。他猜測(cè)光會(huì)自己選擇，選擇最快的路徑傳播出去。這似乎有點(diǎn)奇怪。光有自我意識(shí)嗎？后來(lái)量子力學(xué)發(fā)展以后，發(fā)現(xiàn)有意識(shí)的不是光，而是路徑上的光子都會(huì)去，但是有干涉，綜合結(jié)果就是光走了最短的路徑。
人類是經(jīng)過長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累和實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)這個(gè)原理的，但動(dòng)物似乎天生就知道這個(gè)原理。
動(dòng)物也知道優(yōu)化。
美國(guó)數(shù)學(xué)教授蒂姆彭寧斯養(yǎng)了一只名叫埃爾維斯的柯基犬。教授喜歡帶貓王去密歇根湖玩。貓王& amp#039;他最喜歡的玩具是網(wǎng)球。每當(dāng)教授把球扔得很遠(yuǎn)的時(shí)候，貓王就會(huì)飛快地跑過去撿回來(lái)。
一天在湖邊，教授把網(wǎng)球扔進(jìn)湖里，讓貓王撿起來(lái)。奇怪的是，貓王沒有。#039;t直接跳入水中直線撿球，而是沿著岸邊跑了一段距離后跳入水中。蒂姆教授想知道貓王為什么要這樣做。它的選擇是最快的路徑嗎？他決定嘗試這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
他花了一天時(shí)間和貓王玩同樣的游戲，做好標(biāo)記，測(cè)量網(wǎng)球到岸邊的垂直距離(X)和貓王跳入水中的位置到垂直點(diǎn)的距離(Y)。他收集了35組數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制了一幅圖像。
從圖像中可以看出，貓王選擇的路徑都在最優(yōu)路徑附近。但是最優(yōu)路徑?jīng)]有考慮水流，并且假設(shè)海岸是直的，Ives勻速跑，勻速游，不會(huì)感到累，所以實(shí)際上Ives & amp#039;路徑可能是最好的。
貓王不是唯一知道如何選擇最佳路徑的狗。兩名法國(guó)數(shù)學(xué)家和一只拉布拉多重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明貓王并不是特例。
是數(shù)學(xué)家。#039;狗特別聰明？然而，并不是只有狗會(huì)做出這種選擇。螞蟻也會(huì)做同樣的事情。
螞蟻& ampquot導(dǎo)航& ampquot把費(fèi)洛蒙留給他們的伴侶。如果螞蟻找到食物，越來(lái)越多的螞蟻會(huì)逐漸聚集，形成從食物到巢穴的軌跡。如果螞蟻需要將食物從光滑的平面移動(dòng)到粗糙的平面，它們會(huì)如何選擇？選擇最短路徑或最快路徑。
為了找到答案，研究人員將玻璃與粗糙的綠色表面結(jié)合起來(lái)，將食物放在粗糙的表面上，將螞蟻& amp#039;它在玻璃的一邊筑巢，等待螞蟻& amp#039;s攜帶軌跡成型。結(jié)果表明，軌跡不是一條直線，而是一條類似于光入水的折線。就像狗一樣，它們?cè)诰嚯x和時(shí)間之間選擇最短的路徑。
動(dòng)物如何優(yōu)化自己的時(shí)間？科學(xué)家認(rèn)為沒有必要感到驚訝，因?yàn)檫M(jìn)化是最好的優(yōu)化者。經(jīng)過進(jìn)化的洗禮，大自然會(huì)選擇最高效的策略來(lái)保持它。人類，顯然還沒有享受到這樣的禮物，但是我們可以通過計(jì)算得到最佳的救援路線。普通人& amp#039;s在陸地上奔跑的速度是在水中游泳的6倍左右，這樣就可以根據(jù)各自的位置找到最佳的救援路線，這是初中數(shù)學(xué)學(xué)過的。只是在救命的關(guān)鍵時(shí)刻，這種計(jì)算方法雖然準(zhǔn)確，但是比較啰嗦。最好是憑經(jīng)驗(yàn)和直覺找到一條你認(rèn)為最好的路線。
如何正確救助溺水成年人以及救助溺水者的技巧
