Парадокс муравья на канате
В мире существует немало загадок и парадоксов, которые будоражат умы ученых. Многим известен Парадокс Монти Холла, а также Парадокс Пето. Однако в этой статье речь пойдет о другой не менее интересной загадке.
Некоторые знают его, как Парадокс муравья или гусеницы на канате. Интересен он тем, что на первый взгляд кажется довольно простым. Однако его математическое решение доказывает обратное.
Бессмертный муравей
Условия этой задачи таковы: муравья сажают на один конец резинового троса или каната. А второй конец троса прицеплен к машине, которая тянет его в сторону от муравья. Тот идет по направлению к машине.
Однако скорость автомобиля намного превышает скорость муравья. Последний за секунду осиливает лишь 1 см, машина же движется со скоростью 1 км/с. Вопрос: сможет ли муравей достичь автомобиля?
На первый взгляд, ответ очевиден, ведь трос растягивается намного быстрее. И муравей может двигаться бесконечно по направлению к машине. Но решение задачи все-таки говорит об обратном.
Конечно, в данном случае все условия берутся как идеальные. То есть муравей никогда не умрет и будет целеустремленно идти до конца, трос будет тянуться и не лопнет, а топливо у автомобиля никогда не кончится. Только при таких условиях возможно развитие следующих событий, а именно – муравей достигнет-таки своей цели.
Важно помнить, что трос растягивается по всей своей длине, а не только впереди муравья. Канат и муравей в данной задаче являются как бы неотделимыми друг от друга. В самом начале перед маленьким героем все 100% предстоящей «дороги».
После того, как машина тронется, расстояние до машины увеличится, однако в процентах длина пути становится короче. Если учитывать путь именно в процентах, то решение становится яснее. Чем больше пройдет насекомое расстояния, тем меньше останется пройти.
Несмотря на такое простое объяснение, ответ может быть не ясен. Чтобы было понятнее, можно представить эту задачу иначе.
Другое представление задачи
Для начала стоит понять, что, по сути, скорость муравья зависит от того, в какой части троса он находится. Например, можно представить, что муравей совсем не двигается.
В первом случае муравей будет сидеть в самом начале метрового каната. Позади муравья расстояние 0 метров, впереди – 1 метр. Автомобиль проезжает 1 метр пути, в результате чего, перед муравьем образуется расстояние длиной 2 метра, а позади него все так же – 0.
Таким образом, скорость муравья в данном случае будет равняться нулю. Однако все будет совершенно иначе, если муравья посадить на середину этого троса.
Итак, во второй ситуации сзади и впереди насекомого по 0,5 метра. Автомобиль проезжает так же 1 метр, вследствие этого длина троса увеличивается вдвое. Он становится 2-метровым.
Однако, муравей, все так же остался сидеть в центре. Поэтому сзади муравья расстояние стало равно 1 метру, так же как и впереди. Выходит, за одну секунду насекомое сдвинулось на 0,5 метра.
В данном случае его скорость равна 0,5 м/с. Все потому что сидел муравей уже не в начале, а в середине растягивающегося каната. Значит, чем ближе насекомое к автомобилю, тем быстрее оно движется по направлению к нему.
Передвигаясь, муравей станет сокращать расстояние и, таким образом, будет увеличивать свою скорость. Также можно представить решение этой задачи математически. Только теперь муравей будет двигаться в сторону машины.
Изначально насекомое стоит представить в центре троса. Так будет проще. То есть до машины сейчас 50 сантиметров.
На первой секунде муравей пройдет 1 см, а автомобиль проедет 1 метр. Так как изначально длина троса была равна 1 метру, а после увеличилась до 2 метров, то коэффициент растяжения равен 2. Расстояние до автомобиля в данном случае вычисляется по формуле:
(Расстояние – Скорость муравья) × Коэффициент растяжения
Значит, расстояние равно: (50 – 1) × 2 = 98 см. Далее можно рассчитать все то же самое для второй секунды. Машина двинулась еще на 1 метр, а муравей на 1 см вперед.
Шнур увеличился еще на 1 метр, значит, его длина стала 3 метра. Из этого следует, что теперь коэффициент растяжения стал равен 1,5. Таким образом, расстояние до машины будет равно: (98 – 1) × 1,5 = 145,5 см.
Кажется, что расстояние до автомобиля, действительно стало больше. Однако ускорение увеличения является отрицательным. То есть, сначала трос увеличивается на 48 см, затем на 47,5.
Ускорение равно -0,5 см. Далее значение прибавки будет все меньше и меньше, пока не станет равно 0. Тогда расстояние между насекомым и автомобилем станет снижаться.
И в конце концов, муравей достигнет своей цели. Однако если канат за секунду будет растягиваться не на метр, а на километр, то насекомое будет добираться до машины очень долго. По времени его путешествие будет дольше существования Вселенной.
Бессмертный муравей
Условия этой задачи таковы: муравья сажают на один конец резинового троса или каната. А второй конец троса прицеплен к машине, которая тянет его в сторону от муравья. Тот идет по направлению к машине.
Однако скорость автомобиля намного превышает скорость муравья. Последний за секунду осиливает лишь 1 см, машина же движется со скоростью 1 км/с. Вопрос: сможет ли муравей достичь автомобиля?
На первый взгляд, ответ очевиден, ведь трос растягивается намного быстрее. И муравей может двигаться бесконечно по направлению к машине. Но решение задачи все-таки говорит об обратном.
Конечно, в данном случае все условия берутся как идеальные. То есть муравей никогда не умрет и будет целеустремленно идти до конца, трос будет тянуться и не лопнет, а топливо у автомобиля никогда не кончится. Только при таких условиях возможно развитие следующих событий, а именно – муравей достигнет-таки своей цели.
Важно помнить, что трос растягивается по всей своей длине, а не только впереди муравья. Канат и муравей в данной задаче являются как бы неотделимыми друг от друга. В самом начале перед маленьким героем все 100% предстоящей «дороги».
После того, как машина тронется, расстояние до машины увеличится, однако в процентах длина пути становится короче. Если учитывать путь именно в процентах, то решение становится яснее. Чем больше пройдет насекомое расстояния, тем меньше останется пройти.
Несмотря на такое простое объяснение, ответ может быть не ясен. Чтобы было понятнее, можно представить эту задачу иначе.
Другое представление задачи
Для начала стоит понять, что, по сути, скорость муравья зависит от того, в какой части троса он находится. Например, можно представить, что муравей совсем не двигается.
В первом случае муравей будет сидеть в самом начале метрового каната. Позади муравья расстояние 0 метров, впереди – 1 метр. Автомобиль проезжает 1 метр пути, в результате чего, перед муравьем образуется расстояние длиной 2 метра, а позади него все так же – 0.
Таким образом, скорость муравья в данном случае будет равняться нулю. Однако все будет совершенно иначе, если муравья посадить на середину этого троса.
Итак, во второй ситуации сзади и впереди насекомого по 0,5 метра. Автомобиль проезжает так же 1 метр, вследствие этого длина троса увеличивается вдвое. Он становится 2-метровым.
Однако, муравей, все так же остался сидеть в центре. Поэтому сзади муравья расстояние стало равно 1 метру, так же как и впереди. Выходит, за одну секунду насекомое сдвинулось на 0,5 метра.
В данном случае его скорость равна 0,5 м/с. Все потому что сидел муравей уже не в начале, а в середине растягивающегося каната. Значит, чем ближе насекомое к автомобилю, тем быстрее оно движется по направлению к нему.
Передвигаясь, муравей станет сокращать расстояние и, таким образом, будет увеличивать свою скорость. Также можно представить решение этой задачи математически. Только теперь муравей будет двигаться в сторону машины.
Изначально насекомое стоит представить в центре троса. Так будет проще. То есть до машины сейчас 50 сантиметров.
На первой секунде муравей пройдет 1 см, а автомобиль проедет 1 метр. Так как изначально длина троса была равна 1 метру, а после увеличилась до 2 метров, то коэффициент растяжения равен 2. Расстояние до автомобиля в данном случае вычисляется по формуле:
(Расстояние – Скорость муравья) × Коэффициент растяжения
Значит, расстояние равно: (50 – 1) × 2 = 98 см. Далее можно рассчитать все то же самое для второй секунды. Машина двинулась еще на 1 метр, а муравей на 1 см вперед.
Шнур увеличился еще на 1 метр, значит, его длина стала 3 метра. Из этого следует, что теперь коэффициент растяжения стал равен 1,5. Таким образом, расстояние до машины будет равно: (98 – 1) × 1,5 = 145,5 см.
Кажется, что расстояние до автомобиля, действительно стало больше. Однако ускорение увеличения является отрицательным. То есть, сначала трос увеличивается на 48 см, затем на 47,5.
Ускорение равно -0,5 см. Далее значение прибавки будет все меньше и меньше, пока не станет равно 0. Тогда расстояние между насекомым и автомобилем станет снижаться.
И в конце концов, муравей достигнет своей цели. Однако если канат за секунду будет растягиваться не на метр, а на километр, то насекомое будет добираться до машины очень долго. По времени его путешествие будет дольше существования Вселенной.
Комментарии2
