touw rond de wereld

Heb je een leuke wiskunde puzzel of een mooi vraagstuk gevonden en wil je die met ons delen? Post het hier.
David
Moderator
Moderator
Berichten: 4927
Lid geworden op: 14 mei 2009, 16:22

Re: touw rond de wereld

Bericht door David » 06 mar 2010, 12:15

Ok, Stel je dit voor, het touw gaat 300 graden rond de cirkel, bij 60 graden van de cirkel is het touw dus boven de cirkel, Dat zijn 2 raaklijnen. Een raaklijn van een cirkel staat 90 graden op een cirkel. de lengte van het touw strak om de cirkel is 300 graden, , Dus die lengte is . met de tangens kan je dan, door symmetrie in de vierhoek, met 30 graden, en de bekende straal, de lengte van de stukken uitrekenen. Bij elkaar optellen levert de lengte van het touw. 300 graden kom ik uit op een lengte van touw van (in graden): , ongeveer 40684,38km
Ik kom dan op een algemene formule voor de lengte uit van .
Tot hier de lengte van het touw, maar het ging om het ophangpunt.
Als je dan de lengte weet van het raaklijnstuk, kan je met pythagoras de lengte van het centrum tot het ophangpunt bepalen. pythagoras: , dus . . Dat is van centrum tot ophangpunt. Dat willen we niet weten; het ging om het aardoppervlak. straal eraf;
Exact is wat optimistisch, o.i.d. gaat niet exact, wat nodig is om uit te rekenen. Had je hetzelfde gevonden, Anoniem?
Stap 1 van het oplossen van een probleem is te erkennen dat je een probleem hebt.
(Raffiek Torreman)

arie
Moderator
Moderator
Berichten: 3922
Lid geworden op: 09 mei 2008, 09:19

Re: touw rond de wereld

Bericht door arie » 06 mar 2010, 22:49

Ik kwam hier ook op uit, maar houd een uitdrukking over die we numeriek moeten benaderen
(ik verwacht dat we hier niet omheen kunnen).

Mijn uitwerking:

Uitgaande van je formule voor de totale lengte van het touw moet gelden:



of als we overschakelen naar radialen ipv graden:







Neem nu

dan geldt:





De numerieke oplossing hiervoor is (beta in radialen):

beta ~= 0.00617639178075422858160...

Hieruit volgt voor de hoogte h van het ophangpunt boven het aardoppervlak (r=straal aarde):





Erg hoog voor een meter touw extra!

tsagld
Vergevorderde
Vergevorderde
Berichten: 341
Lid geworden op: 23 mar 2009, 12:07
Contacteer:

Re: touw rond de wereld

Bericht door tsagld » 07 mar 2010, 10:00

Leuk vraagstuk, niet?

Ik kan me herinneren dat ik destijds, 1984 dus, op een verrassende hoogte van tussen de vier- en vijfhonderd meter kwam voor het touw van 40.000.000 + 2*pi meter, met de methode van Arie.
Ook hier dus inderdaad de conclusie dat het niet exact te berekenen valt.

arie
Moderator
Moderator
Berichten: 3922
Lid geworden op: 09 mei 2008, 09:19

Re: touw rond de wereld

Bericht door arie » 07 mar 2010, 13:52

Heel leuk vraagstuk!

Omdat de hoek beta zeer klein is kunnen we het antwoord benaderen via de Taylorreeks:



(zie bijvoorbeeld http://nl.wikipedia.org/wiki/Taylorreeks)


We hebben



waarbij d = de extra toegevoegde touwlengte in meters.

Benader tan(x) nu met de eerste 2 termen uit de Taylorreeks:



en los hieruit x op:



Neem de eindformule van daco:



benader nu tan(x)=x (slechts 1 term van de Taylorreeks):



en benader de wortel:







Voor d = 1 meter levert dit h = 121.429503, een fout van minder dan 1 mm op 121 meter

Voor d = 2*pi meter levert deze benaderingsformule h = 413.47012 meter.

David
Moderator
Moderator
Berichten: 4927
Lid geworden op: 14 mei 2009, 16:22

Re: touw rond de wereld

Bericht door David » 09 mar 2010, 12:20

Heel leuk vraagstuk!
En een bizar grote uitkomst.

Waar ik me over verwonderde, ik weet niet of dat terecht is, is dat de "extra" oppervlakten niet even groot zijn. Bij het ophangpunt kom ik uit op opp_vlieger-opp_sector (De twee stralen en het touw aan het ophangpunt vormt een vlieger, en de stralen en de boog vormen de sector) (radialen) =
met .

Voor het touw eromheen: met O=omtrek=40.000.000 m
. Het quotiënt van de twee getallen lijkt erg sterk op 500. Oplossen d.m.v 2 vergelijkingen en 2 variabelen; lijkt me moeilijk omdat de uitkomsten niet exact zijn.
Laatst gewijzigd door David op 09 mar 2010, 23:22, 1 keer totaal gewijzigd.
Stap 1 van het oplossen van een probleem is te erkennen dat je een probleem hebt.
(Raffiek Torreman)

arie
Moderator
Moderator
Berichten: 3922
Lid geworden op: 09 mei 2008, 09:19

Re: touw rond de wereld

Bericht door arie » 09 mar 2010, 14:58

Bedenk dat 2 objecten met dezelfde omtrek niet dezelfde oppervlakte hoeven te hebben.
Vergelijk bijvoorbeeld omtrek en oppervlak van een 2x2 vierkant met die van een 3x1 rechthoek.

PS: Kijk s.v.p. nog even naar je eerste uitkomst, ik denk dat je ergens een factor 10^3 te veel hebt gebruikt.
Ik krijg als uitkomsten 3183098.861837906715 resp. 6366197.8032532849767.
De verhouding tussen deze 2 getallen is 0.499999993750000078124999023437512207031097412111...,
inderdaad erg dicht bij 1/2, maar niet precies gelijk hieraan (ik heb het doorgerekend met precisie van ongeveer 200 cijfers).

David
Moderator
Moderator
Berichten: 4927
Lid geworden op: 14 mei 2009, 16:22

Re: touw rond de wereld

Bericht door David » 10 mar 2010, 13:39

Hallo arie

Na zoeken heb ik mijn fout gevonden; ik had benaderd opdat er 1 km touw bijkwam ipv 1 m. Door y=400001 als lengte voor touw te geven. :oops: Nu kom ik goed uit.

Je gaf een mooi voorbeeld voor dat opp en omtrek niet altijd hetzelfde waren, dank je.

Het viel me verder op dat de extra oppervlakte met een ophangpunt erg dichtbij 0.5r ligt. Achteraf wel logisch; We zagen ook dat de extra opp. bij een touw dat als een cirkel boven de wereld ontstond, ongeveer, niet precies 0.5r is.
Stap 1 van het oplossen van een probleem is te erkennen dat je een probleem hebt.
(Raffiek Torreman)

Plaats reactie