Baden bei Kerzenlicht Rätsel ist gelöst

Rätsel, die zum Lösen einen größeren Zeitaufwand erfordern, wie z. B. schwierige Physik- und Matherätsel.

Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Phoenix » Sonntag 13. Oktober 2013, 12:10

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Das mit den dünnen Kerzen habe ich mir auch so gedacht. Und zwar kippt die Kerze dann um, wenn der Teil, der aus dem Wasser guckt, eine größere Hebelwirkung hat als der Teil unter Wasser. In der extremen Position liegt die Kerze horizontal bzw. wenn in dieser Position der obere Teil schwerer ist, kann sich die Kerze nicht mehr aufrichten, wenn sie einmal ein wenig ins Schwanken gekommen ist.
Dazu habe ich das Drehmoment auf die Stelle an der Wasseroberfläche, welches beide Seiten auf sie auswirken, berechnet.
x = Kerzenlänge
y = Länge des Teils überm Wasser = (x*39 - 1248mm) / 1000
Das Drehmoment, das der obere Teil ausübt, (M1) ist das Integral von 0 bis y über eine Gerade durch den Ursprung mit der Steigung 961 und ein paar anderen Konstanten, die aber später unwichtig werden. Das Drehmoment der anderen Seite (M2) ist die Auftriebskraft des unteren Kerzenteils, wieder ein Integral, diesmal von 0 bis (x-y) und mit Steigung -39, und der Bernsteinsockel, welcher mit der Steigung 96 nach unten zieht (Integral von (x-y) bis (x-y+13mm)). M2 - M1 ergibt nun in meiner Lösung eine nach unten geöffnete Parabel mit einer Nullstelle (die Nullstellen werden von dem oben genannten Faktor, den alle drei Integrale gemeinsam haben, nicht beeinflusst) bei x < 0 und einer bei eben x = 66,177mm. Dahinter ist die Funktion negativ und die Kerze kippt um.
Wenn das soweit stimmt, kann ich mich noch mal auf Fehlersuche begeben, es wäre bloß frustrierend, in einem falschen Ansatz herumzustochern.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Friedel » Sonntag 13. Oktober 2013, 15:28

Ich werde wohl erst kommende Nacht dazu kommen, mich ausgiebig damit zu befassen, aber ich habe jedenfalls einen anderen Ansatz als Phönix.
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Ich will berechnen, ab welche Kerzenlänge der Schwerpunkt de ganzen höher liegt, als der Schwerpunkt des Wasserzylinders, der verdrängt wird. Aber dazu brauche ich etwas Zeit.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Otmar » Sonntag 13. Oktober 2013, 20:27

@Phoenix
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Phoenix hat geschrieben:Und zwar kippt die Kerze dann um, wenn der Teil, der aus dem Wasser guckt, eine größere Hebelwirkung hat als der Teil unter Wasser.

Ich glaube der Ansatz wäre nur dann richtig, wenn die Achse, um die sich die Kerze beim Umkippen dreht, zufällig gerade auf der Wasseroberfläche liegt. Da die Wasseroberfläche die Kerze aber nicht festhalten kann, ist die Drehachse i.a. nicht dort. Glaube, dass du einen anderen Ansatz suchen musst. Wenn du die Lösung ohne Nachzuschlagen versuchst, dann ist das m.E. eine echt harte Nuss. Ich muss zugeben, dass ich mich mit dem Problem sehr schwergetan hatte und lange nachdenken musste, bis ich eine anschaulichen Ansatz gefunden hatte.
Liebe Grüße, Otmar.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Otmar » Mittwoch 16. Oktober 2013, 21:54

Hallo Friedel,
wenn du den richtigen Ansatz hast, ist die Berechnung nicht mehr schwer. Ich finde aber, dass es schwer ist, den richtigen Ansatz zu finden.

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Dein Ansatz ist richtig. :respekt:
Liebe Grüße, Otmar.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Otmar » Montag 21. Oktober 2013, 15:55

Hallo Phoenix,
ich habe mir gerade etwas Zeit, nochmal über deinen Ansatz nachzudenken.
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Denn mir ist aufgefallen, dass am Anfang die Drehung (solange noch ein schräg abgeschnittener Zylinder aus dem Wasser schaut) die Drehachse genau auf der Wasseroberfläche liegt. Also müsse dein Ansatz auch die richtige Lösung liefern. Hab das dann auch gleichmal durchgerechnet. Die Rechnung war etwas länger als meine Musterlösung, aber es kommt genau das gleiche Ergebnis raus.
Also erstmal :daumen: für deinen Ansatz. Jetzt muss nur noch die Berechnung aufgehen.
Liebe Grüße, Otmar.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Phoenix » Freitag 20. Dezember 2013, 13:42

Otmar hat geschrieben:Also erstmal :daumen: für deinen Ansatz. Jetzt muss nur noch die Berechnung aufgehen.

Ich habe meinen Ansatz noch einmal durchgerechnet und komme auf:
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70.71mm -> 70mm ->
  38min  

Außerdem braucht man nicht die Extremsituation der Waagerechten annehmen, da sich sin²alpha wegkürzt und die Rechnung für jeden Winkel stimmt.
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Re: Baden bei Kerzenlicht

Beitragvon Otmar » Dienstag 24. Dezember 2013, 00:17

Hallo Phoenix,
jetzt passt die Badezeit! :glueckwunsch:

Dicke Kerzen schwimmen auch stabil, wenn der Schwerpunkt von Sockel und Kerze über dem Schwerpunkt des verdrängten Wassers ist. Wenn die Kerze dick genug ist, darf Amundsen auch eine längere Kerze nehmen.

Vielleicht schaffe ich es im nächsten Jahr meine Lösung einzustellen. Ich wollte noch eine Grafik machen, bei der man sehen kann, dass die Lösung nur für dünne Kerzen richtig ist.
Liebe Grüße, Otmar.
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