Szerk
P. 5684. Egyenletes vastagságú drótból az ábrán látható keretet készítjük el. Számítsuk ki az \(\displaystyle A\) és \(\displaystyle B\), valamint az \(\displaystyle A\) és \(\displaystyle C\) pontok közötti eredő ellenállások arányát!
(5 pont)
Közli: Cserti József, Budapest
I. megoldás. Az egyenletes vastagság miatt a drótok ellenállása arányos a hosszúságukkal. Legyen a kis négyzetek egy-egy oldalának ellenállása \(\displaystyle R\). Az áttekinthetőség kedvéért az 1. ábrán látható módon további csúcsokat is megjelölünk.
1. ábra
1. Az \(\displaystyle A\) és \(\displaystyle B\) pontok közötti ellenállás meghatározása.
Rajzoljuk át a kapcsolást áttekinthetőbb formába (2. ábra).
2. ábra
A felső ág középső részének eredő ellenállása:
Ezt felhasználva a 2. ábra egyszerűsíthető. A 3. ábrán (a szimmetriát kihasználva) berajzoljuk az egyes ágak áramát is.
3. ábra
A Kirchhoff-féle csomóponti törvény az \(\displaystyle A\) pontra:
A Kirchhoff-féle huroktörvény az \(\displaystyle ADE\) és a \(\displaystyle DGFE\) hurkokra:
Az (1), (2) és (3) egyenletekből álló egyenletrendszert megoldva:
\(\displaystyle I_1=\frac{3}{8}I,\quad I_2=\frac{5}{8}I,\quad I_3=\frac{1}{8}I. \)
A potenciálkülönbség \(\displaystyle A\) és \(\displaystyle B\) között:
\(\displaystyle U_{AB}=RI_2+R(I_2+I_3)+RI_2=3RI_2+RI_3=\frac{15}{8}RI+\frac{1}{8}RI=2RI, \)
és ebből az eredő ellenállás:
\(\displaystyle R_{AB}=\frac{U_{AB}}{I}=2R. \)
2. Az \(\displaystyle A\) és \(\displaystyle C\) pontok közötti ellenállás meghatározása.
Az áramkör átrajzolása a 4. ábrán látható. A szimmetria miatt a \(\displaystyle D\) és \(\displaystyle E\), illetve az \(\displaystyle I\) és \(\displaystyle H\) pontok ekvipotenciálisak, így a \(\displaystyle DE\) és az \(\displaystyle IH\) ágakon (az ábrán halványan rajzolva) nem folyik áram, azok elhagyhatók.
4. ábra
Az áramkör soros és párhuzamos kapcsolásokból áll, eredő ellenállása könnyen meghatározható:
\(\displaystyle R_{AC}=\frac{1}{2}\left(R+R+\frac{1}{2}\cdot 2R+R+R\right)=\frac{5}{2}R=2{,}5R. \)
3. A két eredő ellenállás aránya:
\(\displaystyle \frac{R_{AB}}{R_{AC}}=\frac{2R}{2{,}5R}=\frac{4}{5}=0{,}8. \)
Ferencz Kevin (Budapest, Békásmegyeri Veres Péter Gimn., 11. évf.)
II. megoldás. Az \(\displaystyle R_{AB}\) ellenállás meghatározásánál a nehézséget a 2. ábrán látható \(\displaystyle ADE\) és \(\displaystyle BGF\) ellenállás-háromszögek jelentik. Ezeket delta–csillag átalakítással szüntethetjük meg. Az átalakítás az 5. ábrán látható, a csillagkapcsolás ellenállásértékeit a Függvénytáblázatban található képletekkel határoztuk meg:
5. ábra
Ezt az átalakítást, valamint az (1) összefüggést felhasználva a kapcsolás a 6. ábrán látható módon rajzolható át. (A \(\displaystyle BGF\) háromszög a szimmetria miatt ugyanúgy alakítható át, mint az \(\displaystyle ADE\).)
6. ábra
Ezután az eredő ellenállás már könnyen meghatározható:
A megoldás többi része megegyezik az I. megoldással.
32 dolgozat érkezett. Helyes 12 megoldás. Kicsit hiányos (3–4 pont) 9, hiányos (1–2 pont) 9, hibás 2 dolgozat.
A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.
Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!
P. 5689. Tekintsük a Föld Nap körüli pályáját 150 millió kilométer sugarú körnek. Tegyük fel, hogy egy üstökös az ekliptika síkjában, parabolapályán közelít a Naphoz úgy, hogy a Föld pályáját kétszer metszi, és a két metszéspontot összekötő egyenes szakasz hossza éppen a földpálya átmérője. (Szerencsére a Föld jó messzire elkerüli az üstököst, amikor az a földpálya közelében mozog.)
a) Mennyire közel halad el az üstökös a Nap középpontjához, és mekkora a sebessége ekkor?
b) Mekkora szögben metszi egymást a Föld és az üstökös pályája?
P. 5712. Egy pontszerű világító szentjánosbogár egyenes pályán mozogva keresztezte egy \(\displaystyle 30~\mathrm{cm}\) fókusztávolságú vékony lencse optikai tengelyét. A bogár pályája \(\displaystyle 60^\circ\)-os, a bogár képének pályája \(\displaystyle 30^\circ\)-os szöget zár be az optikai tengellyel. A lencsétől mérve mekkora távolságra keresztezte a szentjánosbogár a lencse optikai tengelyét?
