いぬおさんのおもしろ数学実験室

おいしい紅茶でも飲みながら数学、物理、工学、プログラミング、そして読書を楽しみましょう

地球の赤道にロープを巻きます……

 よく見かける問題。地球の半径は6371km=6371000mです。しかしいちいち数値を書くのも大変なのでRメートルと表すことにします。地球は完全な球であるとしましょう。今、赤道にロープをきっちり巻くことを考えます。

f:id:Inuosann:20190928193022p:plain

地球の半径はRですから、赤道の長さ、つまり巻いたロープの長さは2πRです。ここで、ロープを10メートル長くしてみましょう。つまり、2πR+10メートルの長さのロープを使うのです。図のように均等に均(なら)したとして、赤道とロープの間にできる隙間はどのくらいだと思いますか?

 隙間をxメートルとしましょう。このときロープは半径R+xメートルの円になっているので、円周、つまりロープの長さは2π(R+x)です。ロープの長さは2πR+10メートルでしたから、

2π(R+x)=2πR+10
が成立します。展開して両辺から2πRを引けば
2πx=10が得られますから、x=10/2π=5/πメートルです。これはおよそ1.6メートルです。たったの10メートル、ロープを伸ばしただけで1.6メートルも隙間ができる!? 不思議です。式で説明できたわけですがぼくは納得はできていません。さらに、この1.6メートルという値にはRが含まれていません。これは、Rの値が何であろうと隙間は1.6メートルであることを意味します。つまり、例えばガスタンクくらいの球にロープを巻き付けても、10メートル伸ばすと1.6メートル隙間ができるのです! 誰か、ぼくが納得できる答えを教えてください。