Słowa w ordynku. Słowa w ataku i w obronie. Pomieszane. Refrakcja słów w stali i w wodzie. Odbicia słowne i zwidy. Ład i gładkość. Spazmy i erupcje. Kojący wpływ soku z passion fruit. Od rzeczy i do rzeczy. Krótko mówiąc. Ostatnie słowo. Na początku był skowyt.
Blog > Komentarze do wpisu
Eratostenes i ćma

Przyczyn dla uznania Ziemi kulą było sporo od czasów Pitagorasa, ale nie było dobrej idei jak obliczyć wymiar tej kuli. Czyli promień. Genialność pomysłu Eratostenesa opierała się na czymś widocznym dla wielu ale widocznym bez etykietki „tu jest pomysł”. Więc niewidocznym.

Uwaga, że pewnego dnia w tym samym czasie w jednym mieście patrzący do góry patyk nie miał cienia, a w drugim miał, jest dobrze znana i opisana. Większość autorów nie zapomina o niedokładności badacza, bo nie można było mówić o „tej samej chwili”, tak by było gdyby Syena (gdzie była studnia z obrzeżem, które nie rzucało cienia na wodę na dnie) i Aleksandria (gdzie pracował on) leżały na tym samym południku. Ale jak widać dzięki uprzejmości GoogleEarth, to nie jest tak całkiem prawdą:


Rozwodzenie się nad innymi detalami prowadzi do mało rzeczowych hipotez jak to było z człowiekiem, który przespacerował się prawie 800 km między miastami mierząc odległość. Związano mu nogi sznurkiem, żeby miał równy krok? Był niewolnikiem czy radosnym współpracownikiem? Odpowiedź „nie wiemy” wydaje mi się sensowna, ale jeśli komuś nie wystarcza, to wiele modyzmów da się tu wpisać. Proponuję ustalić się na romantycznej tezie niewolnika szczerze kochającego swego pana, chcącego swym rytmem wyśpiewać pieśń miłosną. Matematyka i tak wkurza ludzi, a w ten sposób wkurzy jeszcze bardziej.

Biorę się do opowiadania znanej historii, żeby czymś innym się zająć. Coś zupełnie oczywistego, ale to tak oczywistego, że niewidocznego. Jeśli ten szkic


uczciwie przekazuje pomysł Eratostenesa (no dobrze, kąt to 50-ta część kąta pełnego, więc obwód Ziemi to 50 razy więcej niż owych 800 km, dzieląc iloczyn przez 2π dostajemy promień), to widać, że wszystko się udało, bo założył on, że promienie słoneczne dochodzą na Ziemię równolegle do siebie. Ale to znaczy, że Słońce jest „prawie nieskończenie daleko”.

Nawet gdyby Bóg-Słońce był spory ale wybrał sobie dla ukochania lud egipski i zawisł dość nisko nad Egiptem, to promienie wysyłane do Aleksandrii i do Syene wcale by nie były równoległe. Jest więc tu przekonanie o odległości Słońca od Ziemi nieporównywalnej z innymi odległościami rozważanymi w ówczesnej astronomii. W istocie, próby zbudowania modelu, który by pozwolił na obliczenie tej odległości, były prawie bez sensu. Miara odległości do Księżyca była obarczona błędem, który możemy mu wybaczyć (koło 7%, jeśli dobrze pamiętam), ale jego słoneczne obliczenia litościwie mu zapomnijmy.

Ale to ciekawe co by było z poznawaniem wymiarów, gdyby ta świetlna kulka wisiała nieco bliżej. Rzecz jasna, bylibyśmy dużo bardziej opaleni, może i za bardzo, ale myślenie o tym ma trochę sensu.

Otóż każdy, kto ciepłą nocą spacerował koło lampy ulicznej, widział chmary ciem i innych lataczy, odbijających się od źródła światła. Powszechnie przyjmowane jest wyjaśnienie, że ćma ma pociąg do światła i dlatego leci do tej żarówki. A że jest głupia to się osmala.

No więc z tym jej upodobaniem światła jest bardzo głupia, bo czemu nie odeśpi się dobrze i nie weźmie się do ganiania za światłem w dzień, gdy jest go znacznie więcej?

Wyjaśnienie zachowania ćmy nie było możliwe gdy w stylu ezopowym ocenialiśmy zachowanie się zwierząt. Musieliśmy je opisywać przez podobieństwo do nas, więc obyczaje tych, które mało nas przypominały nie było wyjaśniane. Ryba była zimna, pająk nieprzyjemny i koniec.

Na szczęście ludzie pracujący w stylu Konrada Lorenza mieli za sobą wiek XVII i XVIII, gdy wymyślono tyle najdziwniejszych krzywych, że dało by się opisać nawet trajektorię tańca pijanej jaszczurki. I połączenie biologii, fizyki i matematyki pokazało, że bardzo zapaskudziliśmy w nocnym życiu ćmy i zamiast przyznać się do winy wymyślamy dziwadła o jej pociągu do światła.

Otóż namierza się ona na coś nieskończenie dalekiego, powiedzmy, że na Księżyc, i ustala kąt, pod którym ma lecieć, by podróżować w linii prostej. Przy swoich namiarach słusznie ona go traktuje za tak odległy, że półproste prowadzące doń wychodzą jako równoległe (szara kulka to artystyczne przedstawienie ćmy):


A oto co się dzieje, jeśli ustawimy na jej drodze sztuczny Księżyc:


Jej namiary z zawsze tym samym kątem nie dają linii prostej ale linię znaną w matematyce jako krzywa logarytmiczna. Bardzo zachęcam do narysowania sobie paru przypadków wybierając różne kąty i udając ćmę, która robi nowe namiary kierunku co pół centymetra.

No to kto tu jest nieco durny, ćma czy zwolennik teorii ćmowego fototropizmu?

poniedziałek, 03 grudnia 2007, andsol-br
TrackBack
TrackBack URL wpisu:
Komentarze
Gość: sz, fhost-97.mtm-info.pl
2007/12/03 14:22:04
eratostenes miał szczęście że ktoś nie umieścił na niebie żarówki, wtedy wyszedł by na głupka jak ćma :P

a co sadzicie o takim sposobie mierzenia ziemi:
- jedziemy nad morze o zachodzie slonca
- kladziemy sie na plazy i czekamy na moment kiedys slonce calkowicie znika za horyzontem
- w tym momencie uruchamiamy stoper i wstajemy
- nasze oczy sa wyzej wiec ciagle widzimy slonce, ktore dopiero za chwile znika
- znajac swoj wzrost, czas trwania doby oraz czas miedzy pierwszym i drugim zniknieciem obliczamy wielkosc ziemi :-)
-
Gość: surfinia, dynamic-87-105-245-82.ssp.dialog.net.pl
2007/12/03 20:43:20
andsoi-br
tak sobie Ciebie czytam i...myślę sobie,że na Twoje wykłady bym chodziła!
Pięknie , obrazowo piszesz, nawet głąb matematyczny (jak ci to nie chwaląc się...;) jest w stanie z tego wziąc dla siebie co najmniej trochę-jeśli nie więcej;)
-
Gość: , dvg78.internetdsl.tpnet.pl
2007/12/03 21:11:59
Bo o matematyce można pitolić a można też pięknie i ciekawie opowiadać. Jak taki powiada macierz wiersz i stawia kreski a między nimi kilka symboli i nigdy nie powie co to jest, jak widzieć, albo zauważa "co jest oczywiste" i opuszcza siedemnaście przekształceń to niech się nie dziwi, że ubywa mu słuchaczy. A matma, jaka by niebyła, wyższa,niższa, jest ciekawym, interesującym ciągiem wniosków. Podobnie jak inne "dyscypliny", nawet politologia, byle nie podawane w formie pitolenia o .
Ale, jak się zna przemiot, to i opowiada się ciekawie.
Andsol to osiągnął.
Andrzej ! Nie kadzę !
Wiechu.
-
2007/12/03 21:28:40
@gość:sz
1. Z powodu niewielkiej wysokości człowieka (co spowoduje niewielką różnicę czasową między dwoma zachodami słońca) i trudności w dokładnym określeniu momentu zachodu słońca, co związane jest z obecnością atmosfery ziemskiej, precyzja takiego pomiaru jest bardzo mała.
2. Taki pomiar najwygodniej należałoby wykonać w okolicach równika w czasie równonocy, bo na większych szerokościach geograficznych otrzymamy znacznie mniejszy promień a w lecie za kołem polarnym słońce nigdy nie schowa się za horyzont.
3. Pierwsze przybliżenie równania, które daje promień Ziemi wygląda następująco: R=h(13751/t - 1), gdzie t jest czasem między dwoma zachodami mierzonym w sekundach a h wysokością człowieka. Dla wysokiego człowieka (2m) na równiku otrzymamy czas ok. 1/232 s czyli w zasadzie niemożliwy do precyzyjnego określenia z przyczyn podanych wyżej.

Wniosek: Eratostenes wybrał sprawniejszy model obliczeniowy.
www.wsp.krakow.pl/ibe/websites/ziemia/ksztalt.html
www.sp2makow.republika.pl/promien.htm

@Autor
Co do ćmy, to oczywiście jej tor jest krzywą logarytmiczną a precyzyjniej spiralą logarytmiczną, co zresztą "z grubsza" widać na rysunku autora. :)

apod.oa.uj.edu.pl/apod/ap030925.html
-
2007/12/03 21:40:16
Pod ostatnim linkiem zapomniałem dopisać, że nie tylko ćmy ale i huragany i inne przyrodnicze zjawiska lubią tą spiralę Bernoulliego...
-
Gość: sz, fhost-97.mtm-info.pl
2007/12/04 01:49:19
FREDF - miażdżąca analiza!

oczywiscie to było raczej jako ciekawostka niż użyteczna i precyzyjna metoda :-)

ale jednak roznica czasu dla 2m wyszla mi koło 10 sekund a nie 1/232!

1. kąt o jaki zaglądamy "za horyzont" podnosząc się o wysokosc h
arccos(R/(R+h)) = ~0,045 stopnia
(dla R=6400000, h=2)

2. slonce przesuwa sie o 1 stopien w 4 minuty

3. 0,045 * 4 minuty = ~10 sekund

wzoru nie chcialo mi sie wyprowadzac ale z powyższego wynika ze jezeli wyjdzie nam kolo 10 sekund to prawidłowo zmierzyliśmy ziemię a inna wartość to oczywiście proporcjonalnie większy lub mniejszy promień.

no i gdzie jest błąd, u mnie czy u ciebie?
-
2007/12/04 03:08:40
@Surfinia: czy mogę to rozumieć jako deklarację intencji, że nie będzie Cię odrzucało od zamieszczanych tu gawęd?

Znam moją wartość (np. uczciwie się przygotowuję, nie kradnę rysunków w Sieci i staram się zrozumieć to, o czym mówię) i znam wartość Czytelnika. Nie ma matematycznych głąbów. Bywają natomiast ofiary nauczycieli, którym brakowało wiedzy i zainteresowania i zastępowali to ględzeniem...
-
2007/12/04 08:51:31
@Gość: sz
Błąd jest mój!
Pomyliłem się, w ostatnim przekształceniu "uciekł" mi kwadrat. Prawidłowe równanie wygląda następująco:
R≈h(2/ϕ 2 -1), gdzie kat ϕ przeliczony na sekundy to ϕ≈t/13751. To równanie wynika z rozwinięcia funkcji cos ϕ w szereg, w którym wzięto tylko 2 pierwsze wyrazy. Wobec małej wartości ϕ równie dobre oszacowanie otrzymamy opuszczając jedynkę:
R≈2h/ϕ 2
Zwracam honor i pozdrawiam! :)
Wartość kąta otrzymana z tego równania wynosi ϕ≈0.0007919rad ≈ 0.04537 stopnia co w dalszym ciągu czyni ten pomiar mało przydatnym z powodu błędu "atmosferycznego".
-
2007/12/04 08:56:26
Jak widać na blox-ie nie działają wszystkie tagi html, więc tag "sup" nie zadziałał stąd nie widać prawidłowo kwadratów.... Te dwójki widoczne po ϕ to miał być wykładnik!
-
2007/12/04 12:53:56
Tiaaa... zależnie od administratora to czy tamto w różnych blogach nie działa, ale powinno udać się ϕ² dzięki kodowi & # 1 7 8 ; - jak zwykle uciekam się do www.alanwood.net/unicode/ , tym razem do rozszerzeń z pliku latin_1_supplement.html .

Letnie (no, grudzień) pozdrowienia dla dyskutantów.
-
Gość: sz, fhost-97.mtm-info.pl
2007/12/04 16:17:41
@FREDF - w takim razie cieszę się że ten sposób może jednak w pewnych warunkach zadziałać i dziękuję za wyprowadzenie wzoru :-)

a w ciągu 10 sekund to chyba stan atmosfery nie zmieni się aż tak bardzo? wtedy oba "pomiary" będą zafałszowane o podobną wielkość więc może nie jest tak źle? najlepiej byłoby sprawdzić w praktyce - kto ma pod ręką morze?
-
Gość: sz, fhost-97.mtm-info.pl
2007/12/04 16:19:59
a przy okazji: tu jest książka z 1881 dowodząca że ziemia jest płaskim krążkiem a nie kulą
sacred-texts.com/earth/za/index.htm
-
2007/12/04 18:10:32
Chwileńkę, kto ma pod ręką takie morze, w którym Słońce zachodzi. Bo bez tego to lepiej robić eksperyment w zaśnieżonej tundrze... Ale tak czy inaczej, ładnie zademonstrowałeś, że do eksperymentu trzeba głowy. Najpierw leżącej, potem podniesionej.
-
2007/12/04 23:38:50
Przydała by się jakaś latarnia morska lub wysokie drzewo, najlepiej na równiku aby uniknąć dodatkowych przeliczeń. Obserwacja zachodu słońca z wyższej pozycji niż wzrost człowieka wydatnie zwiększy dokładność pomiaru. A więc mamy do wyboru: wyspy Galapagos, Ekwador, Brazylię (gdzieś przy ujściu Amazonki, Gabon, Somalię, Malediwy, Indonezję (Sumatra, Celebes, Borneo, Nowa Gwinea) i inne wyspy na Pacyfiku...
-
2007/12/05 02:04:19
Sporo planów na jedno życie. Ale może to właśnie tak trzeba, jeździć i ciągle sprawdzać obwód Ziemi w pasie...
-
2008/03/25 21:38:23
andosl-br
zdecydowanie mnie nie odstraszają matematyczne gawędy :),ale...uświadamiam sobie podczytując-jak mało w tej dziedzinie wiem. To nazywa się pokora :)
Pozdrawiam:)
-
2008/03/25 21:53:50
@Surfinia: nie różnimy się tu zbytnio, po tylu latach siedzenia w dziedzinie ciągle odnajduję jakieś całkiem proste rzeczy, o których nigdy nie słyszałem. Ale ponieważ to moja dziedzina, chyba nie da się mówić o pokorze, lecz o niedouczeniu...