思维问题第三集来啦!
假如地球是一个完美的球体,赤道周长是4万公里。我有一根环绕赤道的绳子悬浮在赤道上,绳子的长度是4万公里零1米,请问绳子与地面之间的空隙最多能允许哪只动物钻过去?
A.蚂蚁   B.老鼠   C.小猫   D.斑马
这个问题并不难。
地球的半径是R,周长C=2πR,周长大约是半径的6.28倍,半径大约是周长的1/6.28。假如绳子的长度比赤道的周长多1米,那么绳子绕成圆,半径就比赤道多1/6.28,大约0.16米。这么大的空间,一只不太肥的猫是完全可以钻过去的,所以选C。
这个题的反直觉之处在于:许多人认为赤道周长4万公里那么长,如果绳子只多1米,对半径的影响微乎其微,所以绳子应该紧紧贴在地面上。但其实,无论半径多大的圆,周长与半径之间都是6.28倍的关系,周长增加1米,半径都是增加0.16米。
其实,还有一个更反直觉的问题:
假如有一根绳子,长度仅仅比赤道长1cm,而且绳子不是悬浮在赤道上,而是贴在地面上。现在从一点把绳子拉高绷直,那么最高点和地面相距多远呢?
大家看图:我们在M点把绳子拎起来。绳子大部分依然贴在地球上,但是从某点A和B开始,绳子离开地面,直到最高点M。因为绳子比赤道长1cm,所以悬空的AM+BM比地面上的圆弧AB要长0.01米(AM比小圆弧AN长0.005米)现在,想问M点到地面上的N点有多远?
根据几何知识:
直角三角形MAO中,AM=tanθxAO,
扇形NAO中圆弧AN=θxAO
地球半径AO=R=6400km
根据方程AM-AN=0.005m
得到tanθx6400000-θx6400000=0.005
这个方程如何求解呢?
你可以搜索一个网站wolframalpha, 它可以帮你计算很多数学问题。
我们打开这个网站,输入这个方程,就能看到它告诉我们的解:
x ≈ 0.00132832289897833473454...
这就是所求的θ角的弧度制表示。
我们可以计算一下AN的长度:
 AN=θx6400000=8500m
也就是从8500米之外这根线就开始离开地面了。
最后我们要计算一下线到底有多高。
在RtΔMAO中,MO=AO/cos(θ)
MN=MO-NO=R/cos(θ)-R=5.65m
最终,绳子最高点会高出地面5.65米,你做对了吗?
顺便一说,wolframalpha不光能帮我们解决许多代数、几何、微积分作图等等数学问题,还可以回答许多不是数学的问题。比如,你可以问他英国国王是谁?北京到上海有多远?他都可以告诉你。
WolframAlpha,一个神奇的网站。
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今天的思考题是
假如有一根很长的电线上,随机落了1000只鸟,这些鸟有时候头朝左,有时候头朝右。每只鸟都只能看到它视线前方的一只鸟。某个时刻你拍了一张照片,请问这张照片上大约有多少只鸟能被两只鸟看到?有多少只鸟能被1只鸟看到?有多少只鸟没有被任何鸟看到?
大家可以在评论区留下你的看法,关注我,我会在下一期为大家解答。
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