¿Cuál es el mejor ángulo para lanzar una pelota si quieres alcanzar la mayor distancia en una pendiente? (por favor no conteste 45, lea correctamente)

Suponga que está en un plano inclinado en un ángulo [matemático] \ alfa [/ matemático] con la horizontal y se dispara un proyectil en un ángulo [matemático] \ theta [/ matemático] con el plano inclinado. El rango más lejano se alcanzará cuando [math] \ theta = \ frac {90 ^ {\ circ} – \ alpha} {2} [/ math]. Además, este rango máximo viene dado por [math] R = \ frac {u ^ 2} {g (1 + sin \ alpha)} [/ math] Este resultado se puede obtener de la manera que se describe a continuación.

Ahora el movimiento real del proyectil se puede considerar como una superposición de su movimiento en ambas direcciones de resolución.

Entonces, resolvamos el vector de velocidad del proyectil paralelo a ([matemático] eje X) [/ matemático] y perpendicular a la inclinación ([matemático] eje Y) [/ matemático].

También en este caso, la aceleración debida a la gravedad no afectará solo a un componente de la velocidad, como fue el caso cuando [math] \ alpha = 0 ^ {\ circ} [/ math]. Afectará a ambos componentes de la velocidad . Por lo tanto, la aceleración debida a la gravedad también debe resolverse paralela y perpendicular a la inclinación.

Luego, necesitamos calcular el tiempo cuando el componente [matemático] Y [/ matemático] del desplazamiento se convierte en cero (dado que será en este momento cuando el proyectil golpeará el avión). Esto se puede hacer fácilmente resolviendo la ecuación cuadrática obtenida aplicando la segunda ecuación de movimiento en la dirección [matemática] Y [/ matemática].

El valor del tiempo obtenido en el paso anterior debe conectarse a la segunda ecuación de movimiento para la dirección [matemática] X [/ matemática]. Por lo tanto, obtenemos el rango del proyectil en el plano inclinado en función de [math] \ theta [/ math]. Esta función alcanzará sus máximos cuando su derivada se convierta en cero.

Entonces, al diferenciar la función obtenida en el paso anterior y equiparar la derivada a cero, obtenemos el valor deseado de [math] \ theta [/ math].

Nota : Para un proyectil lanzado hacia abajo en un plano inclinado, [math] \ alpha = – \ alpha. [/ Math]

EDITAR: Después de leer la respuesta de Eial Teomy, sentí que debe afirmarse que el resultado discutido anteriormente (respuesta (mía)) es aplicable solo cuando no hay resistencia del aire y en condiciones ideales (que pueden descuidar otras cosas).

Esto me trae recuerdos de un problema de cálculo 3 que pasé 3 días antes de que finalmente descubriera cómo resolverlo.

No mostraré la solución, pero básicamente, 45 grados funcionan para un plano plano. Por cada dos grados de pendiente, debe bajar su lanzamiento un grado. Esto tiene sentido intuitivo porque si estás parado en la cima de un acantilado (pendiente de 90 grados), obtendrás la mayor distancia lanzando la pelota hacia adelante (0 grados).

El mismo enfoque funciona para una pendiente ascendente. Por cada dos grados que aumenta la pendiente, agrega un grado al ángulo de su lanzamiento. Una vez más, la intuición está de acuerdo, porque parado en el fondo de un acantilado de 90 grados, lanzarías la pelota hacia arriba.

Ignoremos la fricción del aire para simplificar esto. Lanzamos una pelota desde el suelo por una pendiente de ángulo [math] \ alpha [/ math]. Relativo a la pendiente que lanzamos con ángulo [math] \ beta [/ math]. Colocamos el eje x en la dirección de la pendiente, y el eje y perpendicular a él. Es fácil ver que la ubicación de la pelota en cualquier momento es

[matemáticas] X = v \ cos (\ beta) t- \ frac {g \ sin (\ alpha)} {2} t ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] Y = v \ sin (\ beta) t- \ frac {g \ cos (\ alpha)} {2} t ^ 2 [/ matemáticas]

En el momento T, la pelota golpeó el suelo, es decir, [matemáticas] Y (T) = 0 [/ matemáticas]. La solucion es

[matemáticas] T = \ frac {2v \ sin (\ beta)} {g \ cos (\ alpha)} [/ matemáticas]

Por lo tanto, la distancia por la pendiente que recorrió la pelota es

[matemáticas] X = \ frac {2v ^ 2 \ sin (\ beta) \ cos (\ beta)} {g \ cos (\ alpha)} – \ frac {4v ^ 2 \ sin ^ 2 (\ beta) g \ sin (\ alpha)} {2g ^ 2 \ cos ^ 2 (\ alpha)} = \ frac {2v ^ 2 \ sin (\ beta)} {g \ cos (\ alpha)} \ left [\ cos (\ beta ) – \ sin (\ beta) \ tan (\ alpha) \ right] [/ math]

Queremos encontrar para qué ángulo [matemática] \ beta [/ matemática] se maximiza la distancia, por lo que equiparamos la derivada a cero

[matemáticas] 0 = \ frac {dX} {d \ beta} = \ frac {2v ^ 2} {g \ cos (\ alpha)} \ left [\ cos ^ 2 (\ beta) – \ sin ^ 2 (\ beta) -2 \ sin (\ beta) \ cos (\ beta) \ tan (\ alpha) \ right] = \ frac {2v ^ 2} {g \ cos (\ alpha)} \ left [\ cos (2 \ beta) – \ sin (2 \ beta) \ tan (\ alpha) \ right] [/ math]

La solución es [math] cot (2 \ beta) = tan (\ alpha) = cot (90 ° – \ alpha) [/ math] o equivalente [math] \ beta = 45 ° – \ frac {\ alpha} {2 }[/matemáticas]

Si está disparando cuesta abajo, tendrá un alcance mejor que aquellos que están disparando cuesta arriba. No puedo decir mucho más que eso sin algunos supuestos adicionales.

Disparando cuesta abajo, su ángulo ideal será más plano. Disparando cuesta arriba, su ángulo ideal será más pronunciado. El ajuste de 45 grados es la mitad del paso de la colina.

En presencia de resistencia al viento, el mejor ángulo de disparo será inferior a 45 grados. Cuánto menos, depende de los supuestos de resistencia al viento.

Vea la trayectoria con un chorro de agua de manguera como modelo en el aire. Mojar los pies de alguien es más fácil que arrojarlos a la cara. Se requiere un ángulo aumentado. El rango horizontal máximo no es 45 con resistencia al aire, que disfrutan / sufren las bolas de pintura.

45 grados si está en plano y 45 + B / 2 si está inclinado o declinado

entre 25 y 30 grados