6 van 8

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: zo 27 jan 2013, 21:16
door Bartjes
Michel Uphoff schreef: zo 27 jan 2013, 20:35
Dat het geheel te vereenvoudigen was tot
\(\Delta v=\frac {\pi gt^2}{t_{aarde}}\)
kwam voor mij ook als een verrassing.
Even omschrijven naar mijn taaltje:
\( \Delta v= \frac {\pi gt^2}{t_{aarde}}\)
\( v^*_{hor}(t) = \frac {(\pi \mbox{rad} ) . \mbox{g} t^2}{\mbox{T}}\)
\( v^*_{hor}(t) = \frac {2 \pi \mbox{rad} }{\mbox{T}} {\scriptstyle \frac{1}{2}} \mbox{g} t^2 \)
\( v^*_{hor}(t) = \Omega \, . \, {\scriptstyle \frac{1}{2}} \mbox{g} t^2 \)
.

Heel mooi! We zijn het dus eens over de formule die in jouw (eenvoudige) benadering wordt gebruikt.

Het probleem waar ik nu nog mee zit is dat mijn grafiekenprogramma "Graph" moeite heeft met de grote en kleine getallen die bij het uitrekenen van mijn formule voor vhor optreden. Ik heb al geprobeerd die formule om te schrijven naar een makkelijker te berekenen vorm, maar tot nu toe zonder succes.

Wie ziet hier een oplossing?

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: zo 27 jan 2013, 21:48
door Michel Uphoff
Heel mooi! We zijn het dus eens over de formule die in jouw (eenvoudige) benadering wordt gebruikt.
Schön! O:)

De 15 signifikante cijfers van Excel zijn onvoldoende? Een grafiekje is zo getrokken.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: zo 27 jan 2013, 22:18
door Bartjes
Om het verloop van vhor en v*hor nader te onderzoeken, werken we de formules nog wat om. Voor v*hor vinden we:
\( v^*_{hor} (t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } \, . \, \frac{ \mbox{g} }{2 \, \mbox{h}_{toren}} t^2 \)
(formule δ).
\( v^*_{hor} (t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } \, . \, \frac{t^2}{ \frac{ 2 \, \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{g} } } \)
\( v^*_{hor} (t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } \, . \, \frac{t^2}{ \tau^2 } \)
(wegens formule β)
\( v^*_{hor} (t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } \, . \, \left ( \frac{t}{ \tau } \right )^2 \)
.

We schrijven nu:
\( \mbox{cor}_1(p , q) = p . q^2 \)
(formule ε).

Deze wiskundige functie noemen we de eerste correctiefunctie.

Vervolgens mogen we ook schrijven:
\( v^*_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \mbox{cor}_1 \left ( \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } , \frac{ t }{ \tau } \right ) \)
(formule ζ).

En voor vhor vinden we:
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{\mbox{g}}{2( \mbox{R} + \mbox{h}_{toren})} t^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
(formule γ) .
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{\mbox{g} \, . \, \tau^2}{2( \mbox{R} + \mbox{h}_{toren})} \frac{t^2}{\tau^2} \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{\mbox{g} \, . \, \left ( \sqrt{ \frac{ 2 \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{g} } \right )^2}}{2( \mbox{R} + \mbox{h}_{toren})} \left ( \frac{t}{\tau} \right )^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
(bij toepassing van formule ß)
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{\mbox{g} \, . \, \frac{ 2 \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{g} }}{2( \mbox{R} + \mbox{h}_{toren})} \left ( \frac{t}{\tau} \right )^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ 2 \mbox{h}_{toren} }{2( \mbox{R} + \mbox{h}_{toren})} \left ( \frac{t}{\tau} \right )^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ \mbox{h}_{toren} }{\mbox{R} + \mbox{h}_{toren}} \left ( \frac{t}{\tau} \right )^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \left ( \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ \frac{\mbox{h}_{toren}}{\mbox{R}} }{ 1 + \frac{\mbox{h}_{toren}}{ \mbox{R} } } \left ( \frac{t}{\tau} \right )^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \right ) \)
.

We schrijven nu:
\( \mbox{cor}_2(p , q) = \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ p }{ 1 + p } } q^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \)
(formule η).

Deze wiskundige functie noemen we de tweede correctiefunctie. Vervolgens kunnen we nu ook kortweg schrijven:
\( v_{hor}(t) = \Omega \, \mbox{R} \, . \, \mbox{cor}_2 \left ( \frac{ \mbox{h}_{toren} }{ \mbox{R} } , \frac{ t }{ \tau } \right ) \)
(formule θ).

Interessant is nu hoe de correctiefuncties cor1(p,q) en cor2(p,q) verlopen voor het interval q = 0 tot q = 1 (wat overeenkomt met de volledige val van het steentje vanaf
\( t=0 \)
tot
\( t= \tau \)
). Door dat verloop voor verschillende waarden van p te bekijken kunnen we het effect van de verschillende torenhoogten nagaan.

Gaat dat met Excel lukken?

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 00:04
door Michel Uphoff
Excel zal dat wel kunnen denk ik.

Maar als je mij vraagt dit in te voeren, overschat je mijn wiskundig abstractievermogen.

Ik was al tevreden dat ik die
\(\Delta v= \frac {\pi gt^2}{t_{aarde}}\)
vereenvoudiging kon vinden.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 16:45
door Bartjes
We zullen het wat concreter maken door alleen de toren van 100 meter hoogte te bekijken. Dan hebben we:
\( p = \frac{\mbox{h}_{toren}}{\mbox{R}} \)
\( p = \frac{100 \, \mbox{m}}{ 6.378,1 \, \mbox{km} } \)
\( p = \frac{0,1 \, \mbox{km}}{ 6.378,1 \, \mbox{km} } \)
\( p = 1,56786 . 10^{-5} \)
.

Vullen we die waarde in de formules ε en η in, dan komt er:
\( \mbox{cor}_1(1,56786 . 10^{-5} , q) = 1,56786 . 10^{-5} . q^2 \)
,
\( \mbox{cor}_2(1,56786 . 10^{-5} , q) = \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ 1,56786 . 10^{-5} }{ 1 + 1,56786 . 10^{-5} } } q^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \)
.

Deze twee functies laten het verloop van de horizontale snelheid van het steentje zien zoals het afdalende mannetje op de ladder dat bij een toren van 100 meter hoogte waarneemt. De variabele q = t/τ loopt hierbij voor een volledige val van het steentje van 0 tot 1. De eerste functie zullen we hierna kortweg als f1(q) schrijven, en de tweede als f2(q) . Het verloop van de horizontale snelheid van het steentje volgens de eenvoudige benadering van Michel Uphoff wordt weergegeven door f1(q), het verloop van de horizontale snelheid van het steentje volgens de ingewikkelder benadering van Bartjes (waarin de situatie in twee referentiestelsels met elkaar in verband wordt gebracht en ook de perkenwet wordt toegepast) wordt weergegeven door f2(q).

Kortom: we hebben plaatjes nodig van:
\( \mbox{f}_1( q) = 1,56786 . 10^{-5} . q^2 \)
,
\( \mbox{f}_2( q) = \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ 1,56786 . 10^{-5} }{ 1 + 1,56786 . 10^{-5} } } q^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \)
.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 17:47
door Michel Uphoff
Dat moet niet te moeilijk zijn.

Wil je mij ter controle de uitkomst van beide functies bij q=0,3 0,5 en 0,8 doorgeven?

Kan ik controleren of ik het correct in excel heb gezet.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 18:46
door Bartjes
Bartjes schreef: ma 28 jan 2013, 16:45
Kortom: we hebben plaatjes nodig van:
\( \mbox{f}_1( q) = 1,56786 . 10^{-5} . q^2 \)
,
\( \mbox{f}_2( q) = \frac{1}{ \left ( 1 \, - \, \frac{ 1,56786 . 10^{-5} }{ 1 + 1,56786 . 10^{-5} } } q^2 \right )^2 } \,\, - \,\, 1 \)
.
Michel Uphoff schreef: ma 28 jan 2013, 17:47
Dat moet niet te moeilijk zijn.

Wil je mij ter controle de uitkomst van beide functies bij q=0,3 0,5 en 0,8 doorgeven?

Kan ik controleren of ik het correct in excel heb gezet.
f1(0,3) = 0.000001411074

f1(0,5) = 0.00000391965

f1(0,8) = 0.000010034304

f2(0,3) = 0.00000282210972657752658689309333345166

f2(0,5) = 0.00000783922318244202298356455093903292

f2(0,8) = 0.00002006859541359564036685940131789612

(Berekeningen gedaan met Precise Calculator, maar de uitkomsten na voldoende decimalen afgekapt om het forum niet te ontwrichten.)

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 19:21
door Michel Uphoff
Waardes komen overeen, dus zit het correct in excel. Mooi!

Hier de grafiek:
bartjes
bartjes 859 keer bekeken
De snelheden van 'jouw' functie zijn dus vrijwel het dubbele van die van 'mij'. Zien we dus weer die 1/3 vs 2/3 terug. Zijn beide functies voor een vallende steen?

Vrijwel het dubbele, maar niet exact. Hier een plot van f1(q)*2-f2(q):
bartjes_delta_f1-f2
bartjes_delta_f1-f2 854 keer bekeken
Verschil tussen beide functies is dus maximaal 1,5*10-5, hebben we hier Kepler op visite?

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 19:38
door Bartjes
Michel Uphoff schreef: ma 28 jan 2013, 19:21
Waardes komen overeen, dus zit het correct in excel. Mooi!

Hier de grafiek:

[attachment=12370:bartjes.jpg]

De snelheden van 'jouw' functie zijn dus exact het dubbele van die van mij. Zien we dus weer die 1/3 vs 2/3 terug. Zijn beide functies voor een vallende steen?
Mooi plaatje! Inderdaad gaat het hier in beide gevallen om een vallende steen.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 19:50
door Michel Uphoff
Heb even later nog ver achter de komma gekeken, en het bericht aangepast.

Je hebt de tweede grafiek toen nog niet gezien.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 20:07
door Bartjes
Michel Uphoff schreef: ma 28 jan 2013, 19:50
Heb even later nog ver achter de komma gekeken, en het bericht aangepast.

Je hebt de tweede grafiek toen nog niet gezien.


Is dat voor vele malen de valtijd? Dan zijn de gebruikte benaderingen niet meer geldig, en klopt mijn formule ook niet meer.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 20:31
door Michel Uphoff
Is dat voor vele malen de valtijd?
Nee, het is verschil tussen beide curves in de eerste grafiek waarbij de waarden van de blauwe lijn verdubbeld zijn. Dus voor q=0-1

Kan mij bijna niet voorstellen dat zo'n aardige kromme door precisiefouten van excel zou kunnen ontstaan.

Hieronder ter verificatie de resultaten voor q=0,56 van beide functies berekend door excel.

Mogelijk dat ze wegvallen in jouw precisie calculator, dan moeten we excel de schuld geven.

Maar komt er vrijwel hetzelfde uit, kijken we dan niet tegen het verschil tussen een hyperbool en een elliptische keplerbaan aan?

f1(0,56): 0,00000491680896000000

f2(0,56): 0,00000983353626837769

Verschil f1*2-f2: 0,00000000008165162231

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 21:10
door Bartjes
Michel Uphoff schreef: ma 28 jan 2013, 20:31
Nee, het is verschil tussen beide curves in de eerste grafiek waarbij de waarden van de blauwe lijn verdubbeld zijn. Dus voor q=0-1

Kan mij bijna niet voorstellen dat zo'n aardige kromme door precisiefouten van excel zou kunnen ontstaan.

Hieronder ter verificatie de resultaten voor q=0,56 van beide functies berekend door excel.

Mogelijk dat ze wegvallen in jouw precisie calculator, dan moeten we excel de schuld geven.

Maar komt er vrijwel hetzelfde uit, kijken we dan niet tegen het verschil tussen een hyperbool en een elliptische keplerbaan aan?

f1(0,56): 0,00000491680896000000

f2(0,56): 0,00000983353626837769

Verschil f1*2-f2: 0,00000000008165162231
Dat de een precies het dubbele van de ander zou zijn was niet te verwachten, daarvoor verschillen onze benaderingen te veel. Ik denk ook niet dat de mooie verschilkromme door afrondingsfouten van Excel is ontstaan. Mijn formule correspondeert ook niet met een exacte Kepler-baan. Ik heb maar één van Keplers wetten (de perkenwet) gebruikt. Voor de hoogte van het steentje gebruik ik een kogelbaanformule. En ik neem aan dat de versnelling van de zwaartekracht constant is. En zo heb ik nog wel meer vereenvoudigingen en verwaarlozingen toegepast.

Het gaat er om niet zoveel te verwaarlozen dat het verschijnsel (geheel of gedeeltelijk) verdwijnt, maar ook weer niet zoveel effecten in de berekening mee te nemen dat je er niet meer uit komt. Volgens mij wordt er in jouw benadering te veel verwaarloosd, waardoor de helft van de afwijking verdwijnt.

Mogelijk kan mijn benadering nog net iets simpeler door geen gebruik van de perkenwet te maken, maar dat heb ik nog niet doorgerekend.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 22:58
door Michel Uphoff
Volgens mij kunnen we na al dit vergelijken het volgende vaststellen:

De berekening volgens een vereenvoudigde Keplerbaan en mijn eenvoudige berekening geven vrijwel exact dezelfde resultaten (tot aan 10 decimalen). De gevonden verschillen zijn dus verwaarloosbaar voor geringe hoogten, en mogelijk zitten deze minieme verschillen in de niet volledige berekening van de keplerbaan. Alles natuurlijk wel binnen het gegeven dat er exact een factor 2 tussen zit.

M.a.w.
\(\Delta v=2 \frac {\pi gt^2}{t_{aarde}}\)
leidt tot zeer nauwkeurige resultaten.

Ik pieker nog even over het volgende:

Als de factor voor een vallende steen inderdaad 2/3 moet zijn, moet hij voor een stijgende steen het dubbele zijn, 4/3 dus (ik vind 2/3).

Voor een loodrecht omhoog geschoten en weer terugvallende steen weer het dubbele daarvan, 8/3 dus (ik vind 4/3).

Je hebt deze berekening eerder uitgevoerd schreef je. Waren de resulaten conform 4/3 en 8/3 ?

Waarom komt de 'kepler' berekening op een maximaal horizontaal snelheidsverschil uit dat precies twee keer zo hoog is als het maximale omtreksnelheidsverschil tussen de top en de bodem van de toren. Het lijkt mij veel logischer dat het horizontale maximale snelheidsverschil nooit groter kan zijn dan de aanvangssnelheid t.o.v. de aardbodem.

Re: Bewijs aardrotatie met valproef

Geplaatst: ma 28 jan 2013, 23:30
door Bartjes
Heb je hier iets aan:

http://sciencetalk.nl/forum/index.ph ... _p__612684

Of de Kepler-baan iets met de 1/3 en 2/3 kwestie te maken heeft is de vraag, het is ook mogelijk dat het verschil tussen onze uitkomsten zit in de verschillende manieren waarop we de horizontale snelheid bepalen. Het is goed mogelijk dat ik zonder de perkenwet nog steeds op 2/3 uitkom, dat moet ik nog nagaan.