Temat na konkurs matematyczny

Szukasz ciekawego tematu na konkurs matematyczny?

Życie pokazało, że podany niżej temat przyciąga do konkursu bardzo wielu uczniów, łącznie z tymi, którzy na hasło "matematyka" czują "ucisk w brzuchu".
Żadnych "rachunków", trochę kreatywnego działania i zaskakujące rozwiązanie (dla tych, którzy do niego dojdą).



O co chodzi?

Wyobraź sobie, że na oponie koła rowerowego mocujemy jakieś światełko, a nocą filmujemy jazdę takiego roweru.
Na filmie zobaczymy wówczas ślad, jaki w powietrzu zostawia światełko umieszczone na kole roweru.



Ślad

Aby na zdjęciu otrzymać taki ślad stosuje się metodę długiego naświetlania lub składa się go z wielu pojedynczych zdjęć - w obu przypadkach aparat musi być cały czas w stałej pozycji.

Po prawej link do filmiku pokazującego gotowy efekt opisanych wyżej działań.



Cykloida

Linia krzywa, którą było widać na filmiku nosi swoją matematyczną nazwę - cykloida.

Widoczna obok animacja jeszcze raz pokazuje, jak powstaje cykloida.



Zmieniamy tor

A jak wyglądałaby cykloida, gdyby nasze kółko ze światełkiem toczyło się nie po płaskiej drodze, ale wewnątrz okręgu (pierścienia, walca)?






Zadanie konkursowe byłoby takie:

Wewnątrz dużego okręgu (pierścienia, walca) toczy się bez poślizgu koło ze światełkiem, przy czym jest o połowę mniejsze od dużego. Wyjaśnia to poniższy rysunek - jeśli duży okrąg ma 10 cm średnicy, to małe koło ma średnicę 5 cm.




Pytanie brzmi: Jaki ślad zostawi światełko w takim ruchu?


Wydaje się, że najlepszą formą podawania rozwiązań są podpisane kartki z rysunkiem obu okręgów i śladem, jaki według uczestnika zostawi światełko w czasie jednego pełnego okrążenia (zobacz poniższy przykład).



Rady i wskazówki
Trudno jest rozwiązać takie zadanie "w pamięci" i najlepiej jest podjąć konkretne działania ułatwiające rozwiązanie. Można wykorzystać "gotowe" elementy tak, jak pokazują poniższe zdjęcia (jakieś obręcze, bransolety, uszczelki, itp)



albo samemu przygotować prosty zestaw z tektury.




Problem z zadania ma już kilkaset lat (zajmował się nim m.in. Mikołaj Kopernik), a jego rozwiązanie jest zaskakujące i na "początek trudne do przyjęcia".