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"Vom Seil um die Erde", eine alte Geschichte - oder?

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neu...@tuhh.de

unread,
Jan 26, 2023, 2:12:21 PM1/26/23
to
Hallo Ihr,
ggf. erinnert sich der Eine oder Andere, aber ich find das Thema so interessant, daß ich es nocheinmal aufwärmen möchte.
Wobei, wer es kennt, der hält sich bitte etwas zurück - und googlen kann auch jeder ...!

Wenn ich am Äquator ein Seil "stramm" um die Erde lege (ca. 40000km)
und dann genau einen Meter an flicke und dabei das Seil wieder
gleichmäßig um den Erdball "verteile".

Kann ich dann unter dem Seil unterdurch greifen?
Soll heißen wieviel Abstand liegt zwischen dem idealisierten (ebenen)
Erdboden und dem gleichverteilten Seil!?

Das ist so bekannt, das ich es hier gleich angeben mag – gilt übrigens für jede Kugel (Kreis), Mond, Fußball …
Wegen des linearen Zusammenhangs zwischen Durchmesser und Umfang ergibt sich ein Abstand von 1m/2Pi also ungefähr 16cm.


Aber zur Frage unten erhoffe ich ein paar Kommentare:

Wie hoch muß ein Stab sein, den ich senkrecht unter das um 1m verlängerte Seil stelle, um es zu straffen, aber so, daß das Seil fast überall eng am Erdboden anliegt - nur natürlich nicht unter (und neben) dem Stab?

Wobei, ich finde ja, Mathematik kommt bei vielen zu schlecht weg,
"wofür braucht man das im echten Leben" etc. . Hier nun etwas,
wo gerade auch Ingenieure ihre Freude dran haben könnten.


Also, mit R= 6300000m, die Stabhöhe= h [m] ergibt sich als geschlossener Ausdruck zu
(X) h= 3.Wurzelaus (9R/4) / 2= 121,517… m

Ich finde, das ist überraschend groß! Warum ist das so und wie findet man das?

Das (X) eine Lösung ist , findet man schnell durch folgende Überlegung.
Man mach sich eine Skizze, u.a. mit einem Kreis, und folgenden Bezeichnungen:
„R=6300000m“ Erdradius und „D“ Erddurchmesser, „a“ Winkel zwischen dem Aufpunkt des Stabes mit der Hohe „h“
und tangential dem Auflagepunkt des Seils (von der Stabspitze zum Boden).

Es ergibt sich tg(a)= (Ra +1/2)/R= a +1/D

Und, weil auch gilt cos(a)= 1 -a²/2 [+1/24*a^4 -…]= R/(R+h)= 1/(1+h/R)=~ 1 -h/R [+(h/R)² …]
also mit (X) a²=~ 2h/R= (9R/(4R³))^(1/3)= (9/(4R²))^(1/3) oder
(XX) a= 3.Wurzel(3/D)= 0,006198…


Nach Newton gilt: Für y(a)):= tg(a) -a -1/(2R) und y‘(a)= tg²(a) also iterativ a:= a -y(a)/y‘(a)

Mit (XX) ergibt sich y(a)=…= 1,7…E-013 als „Beweis“ Lösung zu sein!
Mit einer möglichen Korrektur von a von 3,2E-008 in der Darstellungsgenauigkeit.

Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 28, 2023, 1:12:53 PM1/28/23
to
neu...@tuhh.de schrieb am Donnerstag, 26. Januar 2023 um 20:12:21 UTC+1:
> Hallo Ihr,
> ggf. erinnert sich der Eine oder Andere, aber ich find das Thema so interessant, daß ich es nocheinmal aufwärmen möchte.
> Wobei, wer es kennt, der hält sich bitte etwas zurück - und googlen kann auch jeder ...!
>
> Wenn ich am Äquator ein Seil "stramm" um die Erde lege (ca. 40000km)
> und dann genau einen Meter an flicke und dabei das Seil wieder
> gleichmäßig um den Erdball "verteile".
>
> Kann ich dann unter dem Seil unterdurch greifen?
> Soll heißen wieviel Abstand liegt zwischen dem idealisierten (ebenen)
> Erdboden und dem gleichverteilten Seil!?
>
> Das ist so bekannt, das ich es hier gleich angeben mag – gilt übrigens für jede Kugel (Kreis), Mond, Fußball …
> Wegen des linearen Zusammenhangs zwischen Durchmesser und Umfang ergibt sich ein Abstand von 1m/2Pi also ungefähr 16cm.
>
>
> Aber zur Frage unten erhoffe ich ein paar Kommentare:
>
> Wie hoch muß ein Stab sein, den ich senkrecht unter das um 1m verlängerte Seil stelle, um es zu straffen, aber so, daß das Seil fast überall eng am Erdboden anliegt - nur natürlich nicht unter (und neben) dem Stab?
>
> Wobei, ich finde ja, Mathematik kommt bei vielen zu schlecht weg,
> "wofür braucht man das im echten Leben" etc. . Hier nun etwas,
> wo gerade auch Ingenieure ihre Freude dran haben könnten.
>
>
> Also, mit R= 6300000m, die Stabhöhe= h [m] ergibt sich als geschlossener Ausdruck zu
> (X) h= 3.Wurzelaus (9R/4) / 2= 121,517… m

Das ist natürlich keine "geschlossene" Lösung sondern eine Näherungslösung.
Mit dem Solver von EXCEL komme ich auf 121,0078457 m

D.h., bis auf die Numerik kann ich Deine Lösung bestätigen.
Vorletztes Jahr hat ein Deutscher Mathematiker eine "geschlossene" Lösung für das berühmte Ziegenproblem (Ziege soll halbe Kreisfläche abgrasen) gefunden.
Die Lösung enthält diverse Linienintegrale in der komplexen Ebene - "geschlossen".

Rainer

PS: Vermutlich ist die Lösung transzendent

neu...@tuhh.de

unread,
Jan 29, 2023, 11:59:49 AM1/29/23
to
Moin,
und entschuldige, ich hatte mit 6380000 gerechnet.
Auch der EXCEL Solver sollte für R=6380000m etwa 121,5... herausbekommen.

Das schließt aber nicht aus, daß h= 3.Wurzel aus (9R/4) / 2 als geschlossener Ausdruck die Lösung ist!?
Aber es ist nur eine Näherung - warum ist die nur so "einfach" und dabei so gut, wäre die Frage!?
Auch, warum a= 3.Wurzel(3/D)= 0,006198… eine gute Näherung für den Winkel Alfa ist?
Etwas umgeschrieben gilt auch h= 3.Wurzel aus (2/2*9R/4) / 2 = 3.Wurzel aus (18D) / 4.
Wobei die wesentlichen Problemdaten (1m zwischen geflickt) gar nicht eingehen!

Außerdem ist es verblüffend - find' ich - daß es größer als 121m sind, das ist ganz schön hoch!

UND: Ich erinnere irgendwas mit L= 1,15...*R beim diesem "Ziegenproblem" auch über Newton-Näherung,
wie soll das denn analytisch klappen? Gibt's ein LINK oder so?
Fand ich auch spannend!

VG SiggiN.

Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 30, 2023, 8:37:11 AM1/30/23
to
Schnibbel....

> Moin,
> und entschuldige, ich hatte mit 6380000 gerechnet.
> Auch der EXCEL Solver sollte für R=6380000m etwa 121,5... herausbekommen.

Ich will hier nicht über Nachkommastellen diskutieren.
Das ist letztlich egal.

>
> Das schließt aber nicht aus, daß h= 3.Wurzel aus (9R/4) / 2 als geschlossener Ausdruck die Lösung ist!?

"schließt aber nicht aus" ist das Gegenteil eines Beweises.
e^(Wurzel(163)*pi) ist extrem nahe bei einer ganzen Zahl - ist aber keine ganze Zahl.

> Aber es ist nur eine Näherung - warum ist die nur so "einfach" und dabei so gut, wäre die Frage!?
> Auch, warum a= 3.Wurzel(3/D)= 0,006198… eine gute Näherung für den Winkel Alfa ist?
> Etwas umgeschrieben gilt auch h= 3.Wurzel aus (2/2*9R/4) / 2 = 3.Wurzel aus (18D) / 4.
> Wobei die wesentlichen Problemdaten (1m zwischen geflickt) gar nicht eingehen!

Ich weiß es nicht, aber "gefühlsmäßig" denke ich alpha - bitte nicht alfa - ist transzendent.
Die Beweislast liegt bei Dir :)

>
> Außerdem ist es verblüffend - find' ich - daß es größer als 121m sind, das ist ganz schön hoch!
Das sehe ich auch so :)

> UND: Ich erinnere irgendwas mit L= 1,15...*R beim diesem "Ziegenproblem" auch über Newton-Näherung,
> wie soll das denn analytisch klappen? Gibt's ein LINK oder so?
> Fand ich auch spannend!

Guggst Du hier: https://www.quantamagazine.org/after-centuries-a-seemingly-simple-math-problem-gets-an-exact-solution-20201209/

Wie gesagt - "geschlossen" ist eine Geschmackfrage :)

Rainer

neu...@tuhh.de

unread,
Jan 30, 2023, 5:29:43 PM1/30/23
to
Hi Rainer,
danke für den LINK,

Doch es scheint mir wir sind beide mit dem Text nicht glücklich, soviel gibt der Text nicht her.

Außerden habe ich das Gefühl, Du grantels bei Deiner Antwort etwas herum, warum?
Die eigentliche interessante Frage ist doch, wie kommt eine so gute Näherung aus einem Ausdruck der wesentliche Problemdaten gar nicht enthält?
Dazu sagst Du gar nichts, hast aber was gegen meine Bezeichung alfa für a
- oder wolltest Du meine Rechtschreibung anmerken (besser nicht!).

VG SiggiN.

Ro Alto

unread,
Jan 30, 2023, 8:42:27 PM1/30/23
to
neu...@tuhh.de schrieb am Donnerstag, 26. Januar 2023 um 20:12:21 UTC+1:
Überschlagsmäßig scheint mir das zu hoch zu sein.
Wenn man den großen Umfang auf den Erdumfang aufträgt, so gibt es einen Überlapp
vom 1m.
Mit obda der x-Achse als Symmetrieachse ergibt das beidseitig 50cm .
Wenn man dann die beiden nach Evolventenart auf die x-Achse bringt, so hat man
Tangentenabschnitte, die jeweils 50cm lang sind.
Von dem Abstand der Kreise (ca. 15.9 cm ) her kann man sagen, die Stabhöhe ist > 2*15,9.cm
Von der Evolventenrechnung her ist die Stabhöhe <50cm.

Oder lieg ich ganz falsch?

Viel Spass weiterhin
Roalto

Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 31, 2023, 4:41:41 AM1/31/23
to
neu...@tuhh.de schrieb am Montag, 30. Januar 2023 um 23:29:43 UTC+1:

Schnibbel...

> > Guggst Du hier: https://www.quantamagazine.org/after-centuries-a-seemingly-simple-math-problem-gets-an-exact-solution-20201209/
> >
> > Wie gesagt - "geschlossen" ist eine Geschmackfrage :)
> >
> > Rainer
> Hi Rainer,
> danke für den LINK,
>
> Doch es scheint mir wir sind beide mit dem Text nicht glücklich, soviel gibt der Text nicht her.
Ich dachte, da gibt es einen Link auf den Artikel von Ullisch. Inzwischen muß man aber dafür bezahlen :(
Ich meine, ich habe den Artikel auf arxiv.org gesehen, aber da ist er verschwunden. Springer will Geld haben...

>
> Außerden habe ich das Gefühl, Du grantels bei Deiner Antwort etwas herum, warum?
Ich grantele nicht - ich wundere mich.

> Die eigentliche interessante Frage ist doch, wie kommt eine so gute Näherung aus einem Ausdruck der wesentliche Problemdaten gar nicht enthält?

Der Ausdruck enthält sämtliche relevanten Daten.
Die 1 in tan(alpha)= alpha +1/D ist der 1 Meter.
Und warum Deine Lösung so gut ist, ist auch klar. Die Taylorentwicklung des Tangens um 0 ist

tan X = x+x^3/3+2x^5/15+ ...

Da x sehr klein ist, kann man das ganz gut approximieren, wenn man hinter der 3. Potenz abbreicht.
Ich habe die Gleichung mal mit Mathematica numerisch gelöst. Die Differenz zur Lösung mit dem Polynom ist 1,6*10^-14

> Dazu sagst Du gar nichts, hast aber was gegen meine Bezeichung alfa für a
> - oder wolltest Du meine Rechtschreibung anmerken (besser nicht!).
Oh doch. Wer ἄλφα mit f schreibt, frißt auch kleine Kinder :)

Rainer

Rainer Rosenthal

unread,
Jan 31, 2023, 5:29:21 AM1/31/23
to
Am 31.01.2023 um 10:41 schrieb Rainer ausdemSpring:
> Oh doch. Wer ἄλφα mit f schreibt, frißt auch kleine Kinder :)
>
... und fährt nicht umweltbewusst mit Bus und Bahn, sondern angeberisch
mit einem dicken Alfa Romeo.
Wenn er damit zu schnell phährt, äh, fährt, dann wird er geblitzt, und
er muss ein Bußgeld zahlen. Das Photo (Foto?) überführt ihn zweifelsfrei.

Gruß,
Rainer R.



Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 31, 2023, 5:49:58 AM1/31/23
to
Ich habe mal bei Alfa als externer Mitarbeiter gearbeitet.
Damals wurde der 164 eingeführt und mit dem ging wieder bergauf.
Ich fahre eine 31 Jahre alten RX7.

Rainer

Rainer Rosenthal

unread,
Jan 31, 2023, 7:34:56 AM1/31/23
to
Als Alpha Modell(*) erschwinglich:
https://www.dominomodel.com/de/p/26548263/mazda-rx7-fd3s/

Gruß und Gratulation zu der tollen Kiste!
Rainer R.
(Bahn- und Busfahrer seit Herbst 2012)

(*) Echt witzig, dass das Modell mit dem Namen Alpha in Verbindung vorkommt.


neu...@tuhh.de

unread,
Jan 31, 2023, 7:37:19 AM1/31/23
to
Ja!
Speziell gilt Stabhöhe >50cm - denk mal nach!
" ... Wie hoch muß ein Stab sein, den ich senkrecht unter das um 1m verlängerte Seil stelle, um es zu straffen, aber so, daß das Seil fast überall eng am Erdboden anliegt - nur natürlich nicht unter (und neben) dem Stab? ... ".
Und sonst: Hast Du den thread verfolgt?

Gruß SiggiN.
>
> Viel Spass weiterhin
> Roalto

neu...@tuhh.de

unread,
Jan 31, 2023, 7:48:04 AM1/31/23
to
Hi Rainer, danke für Deine Antwort,
jetzt bin ich sehr zufrieden bezgl. des LINKs, der Näherung, der versteckten Problemdaten und der Differenz zur exakten Lösung (hatte ich auch schon gerechnet!).
Und zum alfa-Schreiber und Kinderfresser fällt mir nur ein "JUSO frißt Kind" als Bildzeitungsüberschrift.
Könntest Du kennen, ist aus "unserer" Zeit! ;-)
Aber der Duktus Deiner Ausführung scheint mir jetzt deutlich so, daß ich damit zurecht komme ;-)

Also viele freundliche Grüße SiggiN.

neu...@tuhh.de

unread,
Jan 31, 2023, 7:48:58 AM1/31/23
to
Ja, also, des Rätsels Lösung! ;-)

Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 31, 2023, 9:24:21 AM1/31/23
to
Rainer Rosenthal schrieb am Dienstag, 31. Januar 2023 um 13:34:56 UTC+1:
> Am 31.01.2023 um 11:49 schrieb Rainer ausdemSpring:
> > Rainer Rosenthal schrieb am Dienstag, 31. Januar 2023 um 11:29:21 UTC+1:
> >> Am 31.01.2023 um 10:41 schrieb Rainer ausdemSpring:
> >>> Oh doch. Wer ἄλφα mit f schreibt, frißt auch kleine Kinder :)
> >>>
> >> ... und fährt nicht umweltbewusst mit Bus und Bahn, sondern angeberisch
> >> mit einem dicken Alfa Romeo.
> >> Wenn er damit zu schnell phährt, äh, fährt, dann wird er geblitzt, und
> >> er muss ein Bußgeld zahlen. Das Photo (Foto?) überführt ihn zweifelsfrei.
> >>
> >> Gruß,
> >> Rainer R.
> >
> > Ich habe mal bei Alfa als externer Mitarbeiter gearbeitet.
> > Damals wurde der 164 eingeführt und mit dem ging wieder bergauf.
> > Ich fahre eine 31 Jahre alten RX7.
> >
> > Rainer
> Als Alpha Modell(*) erschwinglich:
> https://www.dominomodel.com/de/p/26548263/mazda-rx7-fd3s/

Der Heckflügel sieht ja grauenhaft aus.
Mein FD sieht nicht annähernd so prollig aus.

Rainer

Rainer ausdemSpring

unread,
Jan 31, 2023, 9:27:27 AM1/31/23
to
neu...@tuhh.de schrieb am Dienstag, 31. Januar 2023 um 13:48:04 UTC+1:
> Hi Rainer, danke für Deine Antwort,
> jetzt bin ich sehr zufrieden bezgl. des LINKs, der Näherung, der versteckten Problemdaten und der Differenz zur exakten Lösung (hatte ich auch schon gerechnet!).
> Und zum alfa-Schreiber und Kinderfresser fällt mir nur ein "JUSO frißt Kind" als Bildzeitungsüberschrift.
> Könntest Du kennen, ist aus "unserer" Zeit! ;-)

Kann ich nicht erinnern.
Gängig war auch: Hund beißt Mann ist keine Meldung. Mann beißt Hund ist eine Meldung.

Rainer

neu...@tuhh.de

unread,
Jan 31, 2023, 10:51:46 AM1/31/23
to
Rainer ausdemSpring schrieb a
m Dienstag, 31. Januar 2023 um 15:27:27 UTC+1:
...tschuldigung, hieß Juso beißt Kind ... Ist eben schon etwas her! :-(
Aber siehe: https://www.edition-staeck.de/wp-content/uploads/2020/03/90012.jpg
War aber auch wohl nur Satire.

Gruß SiggiN.
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