💡 הידעת??
היום שבו המתמטיקה הוכיחה שאין תקרת זכוכית
היום לפני 7 שנים, ב-19 במרץ 2019, עולם המדע עצר את נשימתו: האקדמיה הנורווגית למדעים הכריזה על קארן אולנבק כזוכת פרס אבל. זה היה רגע היסטורי - הפעם הראשונה מאז נוסד הפרס שאישה זכתה בתואר היוקרתי ביותר בעולם המתמטיקה.
מהו 'פרס אבל' ולמה אין 'נובל' למתמטיקה?
יש שמועה עקשנית שאלפרד נובל לא רצה פרס במתמטיקה בגלל סכסוך אישי עם מתמטיקאי מפורסם, אבל זו רק שמועה והאמת לא ידועה בוודאות, אחת ההשערות היא שנובל העדיף תחומים בעלי יישום מעשי מובהק.
כדי למלא את החסר, ממשלת נורווגיה ייסדה ב-2003 את פרס אבל, על שמו של המתמטיקאי הנורווגי נילס הנריק אבל. הפרס נחשב ל'נובל של המתמטיקה' - גם בזכות יוקרתו וגם בזכות הפרס הכספי הנדיב.
בועות סבון והמבנה של היקום
מה שקארן אולנבק עשתה הוא כמעט קסם. היא לקחה תופעה יומיומית - בועות סבון - והפכה אותה למתמטיקה עמוקה. כשאתם טובלים טבעת במי סבון, נוצר קרום דק. הטבע שואף למזער אנרגיה, ולכן הקרום מקבל צורה עם שטח מינימלי. הצורות הללו נקראות משטחים מינימליים.
אולנבק פיתחה כלים מתמטיים מבריקים (בתחום שנקרא 'אנליזה גיאומטרית') שאפשרו להבין כיצד משטחים כאלה מתנהגים גם בממדים גבוהים בהרבה. עבודתה תרמה תרומה מרכזית להבנה המתמטית של תחום שנקרא 'תורת הכיול'. מסגרת חשובה בפיזיקה התאורטית של הכוחות היסודיים - וסיפקה חלק מהתשתית המתמטית שעליה נשענת הפיזיקה המודרנית.
האישה ששינתה את המדע
כילדה, קארן לא חלמה להיות מתמטיקאית. היא פשוט אהבה לקרוא ספרי מדע ורצתה להבין 'איך העולם עובד'. בשנות ה-60, בתקופה שבה נשים רבות הודרו מתחום המתמטיקה, היא נאלצה להתעקש על מקומה בעולם האקדמי.
בהתמדה ובשקט, היא פרצה דרך והגיעה לפסגת התחום. כשזכתה בפרס, היא אמרה משפט שהפך לציטוט מפורסם:
"קשה להיות מודל לחיקוי, כי מה שבאמת צריך לעשות זה להראות לתלמידים כמה אנשים יכולים להיות לא מושלמים ועדיין להצליח... אני אולי מתמטיקאית נפלאה ומפורסמת בזכות זה, אבל אני גם מאוד אנושית".
אנחנו חותמים את התחרות עם האישה שהוכיחה שאין 'תקרת זכוכית' שסקרנות והתמדה לא יכולות לפרוץ.
קארן אולנבק מזכירה לנו שגם אנחנו לא חייבים להיות מושלמים כדי להצליח - אנחנו רק צריכים להמשיך לשאול 'איך העולם עובד'?.
המחקר של קארן אולנבק מוכיח שהטבע תמיד פועל לפי חוקים גיאומטריים מדויקים – מהצורה היעילה של בועות סבון ועד למבנה היקום כולו. היא גילתה שברגע שמבינים את המתמטיקה שמאחורי הצורה והתנועה, אפשר למצוא סדר מופתי גם במערכות שנראות מורכבות.
בחידה של השבוע, אתם מוזמנים להיכנס למעבדה של קארן ולהפוך לחוקרים בעצמכם. נחקור מסלול של רובוט הנע על משטח עבודה. ה"זיג-זג" של הרובוט אולי נראה אקראי, אבל מסתתרת בו חוקיות אלגנטית ומדויקת.
האם תצליחו לגלות מתי הרובוט ימצא את דרכו לפינה?
מוזמנות ומוזמנים לפתור את החידמטיקה בתמונה המצורפת.
תלמידים ששלחו תשובה 17 ונימקו שהפגיעה האחרונה היא בפינה עצמה – תשובתכם תתקבל!
מהנימוק עולה בבירור שהבנתם את מהלך החידה ואת המסלול שעבר הרובוט בצורה מלאה.
תהל טורג'מן, תלמידת שכבה ז' בלמידה מקוונת, זיהתה שמאחורי התנועה האלכסונית מסתתר עיקרון של מחזוריות. במקום לסרטט, היא עברה לחישובים של מכפלה משותפת מינימלית כדי למצוא את "נקודת המפגש" של הרובוט עם הפינה הנגדית:
"כדי לפתור את החידה צריך להבין שהרובוט זז באלכסון של 45 מעלות אז הוא תמיד מתקדם באותה כמות גם באורך וגם ברוחב.
כדי לדעת מתי הוא יגיע לפינה עושים מכפלה משותפת של 7 ו- ,11 שזה יוצא 77.
עכשיו בודקים כמה פעמים הוא עובר את האורך שזה 77 חלקי 11 שווה 7 פעמים, וכמה פעמים הוא עובר את הרוחב שזה 77 חלקי 7 שווה 11 פעמים.
בשביל לספור רק את הפגיעות בדפנות בלי הפינה של ההתחלה והסוף מורידים 1 מכל צד אז זה 6 פגיעות בצד אחד ועוד 10 פגיעות בצד השני וביחד זה יוצא 16 פגיעות בקצות המשטח עד שהוא נעצר בפינה".
_________________________
יעל ברקוביץ, תלמידת שכבה ו' בפתח תקווה, הפכה למערכת הניווט של הרובוט. היא הגדירה את המשטח כמערכת צירים והתחילה לתעד כל מפגש של הרובוט עם ה"קירות" (הצירים) כזוג סדור. העבודה השיטתית שלה מראה איך מעקב אחרי ערכי ה- x וה- y מוביל לפתרון ללא טעויות:
"אם נתחיל בפינה 0,0 ונספור מעברים:
1 – 7,7
2 – 11,3
3 – 8,0
4 – 1,7
5 – 0,6
6 – 6,0
7 – 11,5
8 – 9,7
9 – 2,0
10 – 0,2
11 – 5,7
12 – 11,1
13 – 10,0
14 – 3,7
15 – 0,4
16 – 4,0
סיום – 11,7 בפינה נגדית".
_________________________
יואב מורד, תלמיד שכבה ז' בלמידה מקוונת, בחר בגישה הויזואלית, שהיא כלי מתמטי עוצמתי לא פחות מכל נוסחה. הוא לקח דף משבצות והתחיל פשוט "לחיות" את המסלול של הרובוט. לפעמים, תוך כדי עבודה ידנית, הפתרון פשוט קופץ לעין עוד לפני שמספיקים למצוא את הנוסחה:
"סרטטתי את המלבן והתחלתי לסמן את המסלול של הרובוט בתוך המלבן (קל לעשות זאת על נייר עם משבצות).
קיוויתי למצוא דפוס שיאפשר לפתור את החידה אבל לפני שהבנתי מה יכול להיות הדפוס, הגעתי עם הרובוט לפינה של המלבן!
בדקתי מה בדיוק נוסח השאלה והבנתי שלפי הנוסח, לא מחשבים את נקודת התחלת הרובוט וגם לא נקודת סוף המסלול שלו אלא רק את 16 הפעמים שהוא פגש קיר והוחזר כמו קרן אור על מראה.
לכן התשובה היא 16".
_________________________
שי ואן דר ואודן, תלמיד שכבה ו' בראשון לציון, הסתכל על הבעיה דרך משקפיים של גיאומטריה. הוא הבין שזווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה, מה שיוצר סדרה של משולשים שווי שוקיים וישרי זווית. הניתוח שלו מתבסס על השלמת צלעות המלבן וחישוב המרחקים שנותרו בכל "קפיצה":
"התשובה היא 16 (יפגע 16 פעמים בקצות המשטח):
כי הבנתי שאם שולחים קו מהפינה בזווית של 45 מעלות עד לקצה המשטח, מתקבל משולש שווה שוקיים וישר זווית (זווית הפגיעה = לזווית ההחזרה = 45 מעלות).
בגלל שצלע אחת של המשטח (מלבן) היא גם שוק המשולש ואורכה 7 אז הפגיעה תהיה בצלע של ה- 11 בנקודת ה- 7 כדי לקבל משולש שווה שוקיים.
מצלע זו חישבתי מה נשאר, יצא 4, ומנקודה זו הוצאתי קו לצלע של 7 הסמוכה, לנקודה 4 (יצרתי שוב משולש שווה שוקיים) וכך המשכתי עד שהרובוט הגיע לפינה. הפעם ה- 17 היא הפגיעה בפינה".
_________________________