سباق منحنى أقصر زمن
أي مسار يوصل الكرة من A إلى B بأسرع وقت؟ ليس المستقيم. تبدأ كل كرة من السكون وتنزلق بلا احتكاك، والمنحنى الدويري، وهو المنحنى الذي ترسمه نقطة على عجلة متدحرجة، يفوز في كل مرة. اسمه البراكيستوكرون، أي أقصر زمن. اسحب B لتحريك نقطة النهاية، أو ارسم مسارك الخاص على الصورة. تبدأ كل كرة عند A من السكون وتنزلق بلا احتكاك. المنحنى الدويري هو أسرع طريق إلى الأسفل، حتى حيث ينخفض تحت نقطة النهاية.
كيف يعمل
- افتح هذه الصفحة فيبدأ السباق. تنطلق خمس كرات من A معًا. تُظهر علامات الزمن موضع كل كرة كل عُشر ثانية.
- اسحب B لتحريك نقطة النهاية، أو ارسم مسارك الخاص على الصورة. حاول أن تهزم المنحنى الدويري.
- اضبط الوضع على «وعاء دويري»: الكرات المتروكة من ارتفاعات مختلفة تصل إلى القاع معًا. ثم احفظ PNG.
الانحدار أولًا، ثم السرعة
الكرة التي تهبط بانحدار شديد في البداية تكتسب السرعة مبكرًا وتحتفظ بها بقية الطريق. والكرة على المنحدر المستقيم تسلك أقصر طريق، لكنها تجمع السرعة ببطء. أفضل مسار يوازن بين الأمرين: شديد الانحدار في البداية، وأقل انحدارًا بعد ذلك. ذلك التوازن هو المنحنى الدويري.
منحنى العجلة المتدحرجة
دحرج عجلة على طول خط وتتبّع نقطة واحدة على حافتها: إنها ترسم منحنى دويريًا. اقلبه رأسًا على عقب، من A إلى B، فيكون منحنى أقصر زمن. وحين تكون B بعيدة إلى الجانب وليست منخفضة كثيرًا، ينخفض المنحنى الدويري حتى تحت B ثم يصعد عائدًا، ويظل يفوز.
الزمن نفسه من كل ارتفاع
في وعاء على شكل منحنى دويري، تصل الكرة المتروكة من أي ارتفاع إلى القاع في الزمن نفسه: π√(a/g)، حيث a هو نصف قطر العجلة المتدحرجة. هذا هو منحنى تساوي الزمن (التوتوكرون). وفي الوعاء الدائري تصل الكرات الآتية من أعلى متأخرة.
الأسئلة المتداولة
لماذا لا يكون الخط المستقيم الأسرع؟
إنه أقصر طريق، لكنه ليس الأسرع. على منحدر لطيف تكتسب الكرة السرعة ببطء. أما المسار الذي يهبط بحدة أولًا فيجعل الكرة سريعة مبكرًا، وتؤتي تلك السرعة ثمارها على الطريق الأطول.
من حلّ مسألة منحنى أقصر زمن؟
طرحها يوهان برنولي عام 1696. وجاءت الحلول من يوهان نفسه، وأخيه ياكوب، ولايبنتس، ونيوتن، وآخرين. نُشر حل نيوتن دون اسمه، ويُقال إن برنولي عرفه منه، كما يُعرف الأسد من مخلبه.
هل تغيّر الكتلة والجاذبية الفائز؟
لا. كتلة الكرة لا دخل لها، والجاذبية الأقوى تسرّع كل كرة بالمعامل نفسه. يبقى ترتيب السباق كما هو، على القمر أيضًا.
هل يمكن لمساري الخاص أن يفوز؟
فقط إذا اقترب كثيرًا من المنحنى الدويري. المسار الذي يرتفع فوق A لا يوصل الكرة إلى B أبدًا، لأن الكرة بلا احتكاك لا يمكنها أبدًا أن تصعد أعلى من النقطة التي بدأت منها.
هل يُرفع شيء؟
لا. يُرسم السباق على لوحة في متصفحك. «حفظ» ينزّل ملف PNG. «تحرير» يفتح تلك الصورة في محرر PictorX.
هل أنت مستعد لتجربتها؟
افتح PictorX في متصفحك - بدون تثبيت، ولا يلزم وجود بطاقة ائتمان للبدء.
الانتقال إلى المحرر