Ész Ventura: Ha idő nincs is, az óra azért még jár!

2018. november 26.
tudomány

Mint azt megtudhattuk, idő nincs, de óra azért még van. Így szerencsére az én feladványom se vesztette értelmét. Az volt a kérdés, hogy egy analóg órán egy nap alatt hányszor fordul elő, hogy a mutatók végpontjai egy egyenesre esnek, de semelyik két mutató nem esik egymásra.

A kismutató fél nap, azaz 12 óra leforgása alatt egyszer jár körbe, a nagymutató 12-szer, a másodpercmutató pedig ennyi idő alatt 12 × 60 = 720 kört tesz meg. A nagymutató tehát 12-szer, a másodpercmutató pedig 720-szor gyorsabban jár körbe egyenletes szögsebességgel, mint a kismutató.

Tekintsük a másodpercmutató végpontját és a kismutató végpontját összekötő egyenest. Ez mindenképpen a külső körnek egy nem elfajult húrja lesz, vagyis mindig lesz két metszéspontja a körrel, hiszen a húr átmegy a kismutató végpontján, ami a körnek egy belső pontja. A két metszéspont egyike egyébként a másodpercmutató végpontja, a másik pontot pedig nevezzük a testvérpontjának. A kérdés lényegében az, hogy a testvérpont mikor, illetve hányszor esik egybe a percmutató végpontjával úgy, hogy közben a mutatók közül semelyik kettő nem esik egymásra.

Mivel a másodpercmutató és a kismutató is mozog, bár utóbbi jóval lassabban, ezért a testvérpont is mozogni fog a külső körön, ráadásul nem is egyenletes sebességgel. A mutatók és a testvérpont mozgását úgy lehet a legpraktikusabban leírni, ha mindent a kismutatóhoz viszonyítunk, és beülünk egy olyan forgó vonatkoztatási rendszerbe, ami a kismutatóval együtt jár körbe. Ebben a rendszerben a kismutató állni fog, és csak a másik két mutató mozog. Mivel a kismutató a leglassabb, ezért a másik két mutató továbbra is azonos irányba és egyenletes szögsebességgel fog mozogni. A percmutató ebben a rendszerben fél nap alatt 11-szer, a másodpercmutató pedig 719-szer fog körbejárni, vagyis lényegében ennyiszer körözik le a kismutatót.

Most nézzük a testvérpontot. Ábrázoljuk úgy a vonatkoztatási rendszerünket, hogy a kismutató, ami ebben a rendszerben áll, legyen éppen függőleges. Ahogy a másodpercmutató halad a másodpercmutató végpontja és a testvérpont által meghatározott húr a kismutató végpontja körül forog, amit annak pillanatképei jól mutatnak az alábbi ábrán. A testvérpont sebessége ugyan változó, de a másodpercmutatóhoz hasonlóan ő is 719-szer körözi le egy nap alatt a kismutatót, és mindig azonos irányba halad.

Illusztráció: Gáspár Merse Előd

Bár erre nem lesz szükségünk, de az ábráról leolvasható az is, hogy a testvérpont sebessége akkor a legnagyobb, amikor a másodpercmutató áthalad a kismutatón, ekkor a testvérpont sebessége éppen háromszor akkora, mint a másodpercmutató végpontjának sebessége. Legkisebb pedig akkor lesz a sebessége, amikor a másodpercmutató éppen az ellentétes oldalon jár, ilyenkor a másodpercmutató sebességének csak a harmadával halad a testvérpont.

Visszatérve a lényegre, megállapítottuk, hogy fél nap alatt a testvérpont 719-szer, a percmutató pedig 11-szer körözi le a kismutatót. Ebből az következik, hogy a testvérpont 719 - 11 = 708 alkalommal esik egybe a nagymutató végpontjával, tehát ennyiszer van egy egyenesen a három mutató vége.

Mostmár csak az a kérdés, hogy hány olyan eset van ezek között, amikor két mutató egybeesik, ezeket ugyanis le kéne vonni. A két hosszabb mutató nem eshet egybe, mert a testvérpont különbözik a másodpercmutató végétől. A maradék eseteket pedig végig lehet nézni, a kismutató és a nagymutató 11 alkalommal esik egybe és 11 alkalommal esnek éppen egymással szembe, de ezekben az időpontokban a másodpercmutató sose jár éppen a közös egyenesen, kivétel az éjfél vagy a dél, de akkor mindhárom mutató egybeesik. Vagy 6:00, amikor a nagymutató és a másodpercmutató esik egybe, de ezek egyikét se számoltuk bele a 708 alkalomba. Összesen tehát egy teljes nap alatt 2 × 708 = 1416 alkalommal kollineárisak a mutatók.