Uendelig nettverk av motstander. Kan løses uten noe fysikk

Her kan brukere av forum utfordre hverandre med morsomme oppgaver og nøtter man ønsker å dele med andre. Dette er altså ikke et sted for desperate skrik om hjelp, de kan man poste i de andre forumene, men et sted for problemløsing på tvers av trinn og fag.

Moderatorer: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

Svar
viking
Dirichlet
Dirichlet
Innlegg: 168
Registrert: 19/10-2012 02:54

Dette er en liten hjernetrim. Du trenge ikke kunne noe fysikk. Dette kan løses kun med matte.
Du har et uendelig nettverk av 1 ohms motstander som i bildet
http://d3i5bpxkxvwmz.cloudfront.net/res ... 00_487.png
Hva er motstanden R mellom punktene A og B?

Uten fysikk
Ohms lov sier at I=V/R, og med R=1, så er I=V

Tips: Prøv å løse det uten uendelige rekker
Vedlegg
infinite-resistor-grid-1-1341260943_500_487.png
infinite-resistor-grid-1-1341260943_500_487.png (132.09 kiB) Vist 5793 ganger
Sist redigert av viking den 23/02-2016 23:30, redigert 1 gang totalt.
viking
Dirichlet
Dirichlet
Innlegg: 168
Registrert: 19/10-2012 02:54

Detter er ikke vanskelig å løse. Her er uansett et NYTT tilsvarende problem.
Igjen et uendelig nettverk av motstander men i 1 dimensjon. Hva er totalmotstanden Z. La gjerne R=1.



https://imgur.com/f8mwwrJ

Uten fysikk
Ohms lov sier at I=V/R, og med R=1, så er I=V
Vedlegg
motstand.jpg
motstand.jpg (16.1 kiB) Vist 5819 ganger
Sist redigert av viking den 23/02-2016 23:31, redigert 1 gang totalt.
Gjest

Nå er ikke V = RI korrekt symbolbruk, men la gå.

For parallellkoblede motstandere vil reultantkraften Z være gitt ved $[tex]\left ( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} ...+\frac{1}{R_n} \right )^{-1}[/tex]. Siden alle motstandene har motstand lik 1 Ohm (spiller de facto ingen rolle), vil summen i parantesen gå mot uendelig. Siden parantesen er opphøyd i -1 blir Z =$ \left (\infty \right)^{-1}$
Gjest

Nå er ikke V = RI korrekt symbolbruk, men la gå.

For parallellkoblede motstandere vil reultantkraften Z være gitt ved $Z = \left ( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} ...+\frac{1}{R_n} \right )^{-1}$. Siden alle motstandene har motstand lik 1 Ohm (spiller de facto ingen rolle), vil summen i parantesen gå mot uendelig. Siden parantesen er opphøyd i -1 blir $Z = \left ( \infty \right )^{-1} = \frac {1}{\infty}$.

Grenseverdien til Z blir derfor 0, og er den matematiske forklaringen på hva motstanden blir.

Ser man praktisk på det kan man se på en bøtte med vann. Om man har få hull vil vannet renne sakte ut av bøtten. Lager man flere hull vil prosessen gå raskere og når antall hull går mot uendelig ( bøtten har ikke lenger en bunn), møter vannet ikke noen motstand på sin vei.
viking
Dirichlet
Dirichlet
Innlegg: 168
Registrert: 19/10-2012 02:54

hint: Svaret er ikke 0. Med R=1: Motstanden må være større enn 1 ohm, da den blir summen av den første motstanden pluss litt mer.
viking
Dirichlet
Dirichlet
Innlegg: 168
Registrert: 19/10-2012 02:54

Ett hint til:
Motstanden til nettverket er Z. Anta alle R er 1 for enkelhets skyld.

Vi kan se at hvis vi forlenger nettverket etter samme mønster med 2 nye motstander der Z er tegnet inn (en parallell, og en i serie), så er totalmotstanden fortsatt det samme)
viking
Dirichlet
Dirichlet
Innlegg: 168
Registrert: 19/10-2012 02:54

Hint og Løsning nedenfor:

Se figur.
Motstanden til nettverket er Z. Vi antar R=1 for enkelhet.
Vi kobler nå til ett nytt ledd i nettverket (tegnet i rødt) og motstanden blir:
[tex]Z1=R+ \frac{1}{\frac{1}{R}+\frac{1}{Z}}[/tex]





























Vi bruker R=1 og ser at det nye nettverket med røde motstander Z1 lagt til er *akkurat* det samme som det sorte Z fordi det er uendelig. Da må Z1=Z, og vi får:

[tex]Z=1+ \frac{1}{1+\frac{1}{Z}}[/tex] altså det gylne snitt.


[tex]Z=\frac{1+\sqrt{5}}{2}\approx 1,618\Omega[/tex]

Du kan også se svaret rett fra figur med litt hoderegning:
Fra bildet ser du at når du legger til den siste seriemotstanden blir totalmotstanden den resiproke av hva den var. altså 1/Z+1=Z, som gir det gylne snitt.
Vedlegg
resistor.png
resistor.png (53.13 kiB) Vist 5662 ganger
Svar