Processing math: 100%

Stomachion

giovedì 10 marzo 2022

Un circuito d'oro

Se prendiamo due resistenze in un circutio, possiamo calcolare il valore della resistenza equivalente in funzione del fatto se le due resistenze sono in serie R_{tot} = R_1 + R_2
o in parallelo R_{tot} = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}
Prendiamo ora un circuito costituito da un numero infinito di resistenze sistemate come segue:
20220310-infinite-resistor-circuit
Proviamo a fare un paio di calcoli con le resistenze che si vedono nell'immagine. Ad esempio concentriamoci sulla prima maglia da destra. In quel caso la resistenza equivalente è pari a \frac{2}{3} R
Aggiungendo la resistenza subito in serie a questa otteniamo \frac{5}{3} R = R_1
Calcoliamo ora la resistenza equivalente delle prime due maglie da destra: \frac{5}{8} R
che aggiungendo la resistenza subito in serie ci fornisce un valore di \frac{13}{8} R = R_2
A questo punto concludiamo il conto per tutte le maglie esclusa la resistenza iniziale \frac{13}{21} R
e aggiungendo la prima resistenza otteniamo \frac{34}{21} R = R_3
I coefficienti davanti alle resistenze dovrebbero ricordarvi qualcosa, ma se non lo fanno proviamo con un altro approccio, più teorico.
Innanzitutto riduciamo il circuito in questo modo
20220310-infinite-resistor-circuit-reduction
La resistenza equivalente totale sarà data da R_{AB} = R + R_0
dove R_0 è data dalla resistenza in parallelo tra R e R_{AB} della prima maglia: R_0 = \frac{R R_{AB}}{R+R_{AB}}
Sostituendo la seconda equazione nella prima si ottiene un'equazione di secondo grado in R_{AB} che ha come risultato positivo R_{AB} = \frac{1+\sqrt{5}}{2} R
che altro non è se non il numero aureo!
D'altra parte i coefficienti della resistenza equivalente che ho chiamato R_1, R_2, R_3 di una particolare frazione continua che permette di calcolare il rapporto aureo: \varphi = 1 + \frac{1}{1+\frac{1}{1+\frac{1}{\cdots}}}

Atkin, K. (2021). Infinity: some close encounters in physics teaching. Physics Education, 57(2), 025015. doi:10.1088/1361-6552/ac3932

Nessun commento:

Posta un commento

Questo sito utilizza i cookie per migliorare servizi ed esperienza dei lettori. Se decidi di continuare la navigazione consideriamo che accetti il loro uso.Più InfoOK