Pantheon oculus og solstråler med trigonometri
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Pantheon er et tempel i Roma. En del av tempelet er formet som en sylinder med en halvkule på toppen. Høyden i sylinderen er lik radius i halvkulen. Skissen nedenfor viser et tverrsnitt av bygningen.
Øverst i Pantheon er en sirkelformet åpning som kalles oculus (øye). Oculus har diameter og sentrum i . Halvkulen har sentrum i og radius . .

Bruk trigonometriske beregninger til å vise at diameteren til oculus er .
Solstrålene slipper inn gjennom oculus. Se skissen nedenfor.

Bruk trigonometriske beregninger til å bestemme hvor stor vinkelen minst må være for at solstråler skal treffe gulvet i Pantheon.
Fasit
Se utregning i løsningsforslaget,
LøsningsforslagKI-generert
Punktet er midtpunktet på , og siden er en horisontal korde i halvkulen, står vinkelrett på . Dermed er trekanten rettvinklet, med rett vinkel i .
I den rettvinklede trekanten er hypotenusen, , og er motstående katet. Da er
Siden er midtpunktet på , er hele diameteren dobbelt så lang:
, som var det vi skulle vise.
Sylinderen har radius lik radiusen i halvkulen (de to formene møtes uten sprang), altså , og sylinderens høyde er også (oppgitt). Senteret i halvkulen ligger derfor over gulvet.
Fra a) vet vi at oculus-kantene og begge ligger
- over , altså over gulvet,
- til hver sin side for den loddrette aksen gjennom .
Solstrålene kommer inn parallelt. En stråle som skal nå gulvet uten å treffe sylinderveggen på veien, har mest å gå på (kan ha slakest mulig vinkel) dersom den kommer inn gjennom den kanten av oculus som ligger lengst unna den veggen strålen er på vei mot — altså den motsatte kanten av oculus i forhold til strålens retning. Denne strålen har både lengst horisontal strekning å bevege seg over og den samme vertikale høyden å synke, og er dermed den “gunstigste” strålen: er vinkelen mindre enn det denne strålen krever, treffer ingen stråler gjennom oculus gulvet — de rekker ikke bort til veggen før de har sunket ned i veggens høyde.
Den horisontale avstanden denne strålen dekker, fra inngangspunktet på motsatt side av aksen og bort til punktet der veggen møter gulvet, er radien pluss forskyvningen til den motsatte kanten:
Dette gir en rettvinklet trekant der vinkelen (mellom strålen og horisontalen) oppfyller
Er mindre enn dette, når ikke engang den gunstigst plasserte solstrålen helt bort til veggens fot før den er sunket ned i veggens høyde, og ingen sollys treffer da gulvet. Solstrålen må derfor minst danne en vinkel på
med horisontalen for at sollys skal nå helt ned til gulvet i Pantheon.