مشكلة زاوية الساعة

يوضح الرسم التخطيطي الزوايا التي تشكلها عقارب ساعة تناظرية تشير إلى الوقت 2:20

مسائل زاوية الساعة هي نوع من المسائل الرياضية التي تتضمن إيجاد الزاوية بين عقارب الساعة التناظرية .

مسألة رياضية

تُربط مسائل زاوية الساعة بين قياسين مختلفين: الزوايا والوقت . تُقاس الزاوية عادةً بالدرجات من علامة الرقم 12 باتجاه عقارب الساعة. أما الوقت، فيُقاس عادةً بنظام الساعة ذي الاثنتي عشرة ساعة .

إحدى طرق حل هذه المسائل هي النظر في معدل تغير الزاوية بالدرجات في الدقيقة. يدور عقرب الساعات في ساعة تناظرية عادية ذات 12 ساعة دورة كاملة (360 درجة) في 12 ساعة (720 دقيقة)، أي بمعدل 0.5 درجة في الدقيقة. بينما يدور عقرب الدقائق دورة كاملة (360 درجة) في 60 دقيقة، أي بمعدل 6 درجات في الدقيقة. [ 1 ]

معادلة زاوية عقرب الساعات

θساعة=0.5×مΣ=0.5×(60×ح+م){\displaystyle \theta _{\text{hr}}=0.5^{\circ }\times M_{\Sigma }=0.5^{\circ }\times (60\times H+M)}

أين:

  • θ هي الزاوية بالدرجات لليد مقاسة باتجاه عقارب الساعة من 12
  • H هي الساعة.
  • M هي الدقائق التي تلي الساعة.
  • M Σ هو عدد الدقائق منذ الساعة 12.مΣ=(60×ح+م){\displaystyle M_{\Sigma }=(60\times H+M)}

معادلة زاوية عقرب الدقائق

θدقيقة.=6×م{\displaystyle \theta _{\text{min.}}=6^{\circ }\times M}

أين:

  • θ هي الزاوية بالدرجات للعقرب مقاسة باتجاه عقارب الساعة من موضع الساعة 12.
  • م هي الدقيقة.

مثال

الساعة الآن 2:20. زاوية عقرب الساعات بالدرجات هي:

θساعة=0.5×(60×2+20)=70{\displaystyle \theta _{\text{hr}}=0.5^{\circ }\times (60\times 2+20)=70^{\circ }}

زاوية عقرب الدقائق بالدرجات هي:

θدقيقة.=6×20=120{\displaystyle \theta _{\text{min.}}=6^{\circ }\times 20=120^{\circ }}

معادلة الزاوية بين اليدين

يمكن إيجاد الزاوية بين اليدين باستخدام الصيغة التالية:

Δθ=|θساعة-θدقيقة.|=|0.5×(60×ح+م)-6×م|=|0.5×(60×ح+م)-0.5×12×م|=|0.5×(60×ح-11×م)|{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta \theta &=\vert \theta _{\text{hr}}-\theta _{\text{min.}}\vert \\&=\vert 0.5^{\circ }\times (60\times H+M)-6^{\circ }\times M\vert \\&=\vert 0.5^{\circ }\times (60\times H+M)-0.5^{\circ }\times 12\times M\vert \\&=\vert 0.5^{\circ }\times (60\times H-11\times M)\vert \\\end{aligned}}}

أين

  • H هي الساعة
  • M هي الدقيقة

إذا كانت الزاوية أكبر من 180 درجة، فاطرحها من 360 درجة.

المثال 1

الساعة الآن 2:20.

Δθ=|0.5×(60×2-11×20)|=|0.5×(120-220)|=50{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta \theta &=\vert 0.5^{\circ }\times (60\times 2-11\times 20)\vert \\&=\vert 0.5^{\circ }\times (120-220)\vert \\&=50^{\circ }\end{aligned}}}

المثال 2

الساعة الآن 10:16.

Δθ=|0.5×(60×10-11×16)|=|0.5×(600-176)|=212  (>180)=360-212=148{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta \theta &=\vert 0.5^{\circ }\times (60\times 10-11\times 16)\vert \\&=\vert 0.5^{\circ }\times (600-176)\vert \\&=212^{\circ }\ \ (>180^{\circ })\\&=360^{\circ }-212^{\circ }\\&=148^{\circ }\end{aligned}}}

متى تتراكب عقارب الساعة على عقارب الساعات والدقائق؟

في هذا الحل البياني، يرمز T إلى الوقت بالساعات، و P إلى موضع العقارب، و θ إلى زاوية العقارب بالدرجات. يمثل الخط الأحمر (الخط السميك المتصل) عقرب الساعات، بينما يمثل الخط الأزرق (الخط الرفيع المتصل) عقرب الدقائق. تتقاطع هذه الخطوط (المربعات الحمراء) عندما تكون العقارب متقابلة. بالإضافة إلى ذلك، تمثل الدوائر البرتقالية (الخط المتقطع) عندما تكون العقارب متقابلة، بينما تمثل المثلثات الوردية (الخط المتقطع) عندما تكون متعامدة. في ملف SVG  ،  مرر مؤشر الماوس فوق الرسم البياني لعرض مواضع العقارب على وجه الساعة.

لا تتراكب عقارب الساعات والدقائق إلا عندما تكون زاويتها متطابقة.

θمين=θساعة6×م=0.5×(60×ح+م)12×م=60×ح+م11×م=60×حم=6011×حم=5.45¯×ح\begin{aligned}\theta_{\text{min}}=\theta_{\text{hr}}\\\Rightarrow 6^{\circ}\times M&=0.5^{\circ}\times (60\times H+M)\\\Rightarrow 12\times M&=60\times H+M\\\Rightarrow 11\times M&=60\times H\\\Rightarrow M&=\frac{60}{11}}\times H\\\Rightarrow M&=5.\overline{45}}\times H\end{aligned}}}

H عدد صحيح في النطاق من 0 إلى 11. وهذا يعطي الأوقات التالية: 0:00، 1:05.45 ، 2 :10.90 ، 3 :16.36 ، 4:21.81 ، 5: 27.27 ، 6 :32.72، 7:38.18 ، 8 : 43.63 ، 9:49.09 ، 10 : 54.54 ، و12:00. (0.45 دقيقة تساوي بالضبط 27.27 ثانية ).

انظر أيضاً

مراجع

  1. إلجين، ديف (2007). "الزوايا على وجه الساعة". الرياضيات في المدرسة . 36 (5). الجمعية الرياضية: 4-5 . JSTOR 30216063 . 
  • https://web.archive.org/web/20100615083701/http://delphiforfun.org/Programs/clock_angle.htm
  • http://www.ldlewis.com/hospital_clock/ - تحليل شامل لزاوية الساعة
  • https://web.archive.org/web/20100608044951/http://www.jimloy.com/puzz/clock1.htm