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工人搬运重物时,往往在重物下面放一块平板,然后在平板上放几根圆棍,推动重物,使重物平稳前进。这样就可以把滑动摩擦变成滚动摩擦。摩擦力小,就省力。

能否在平板下放一根其他形状的棍子代替圆棍,让重物顺利前移?这里的“稳定”是指平板离地面的高度不会随时变化。

如果把一根横截面为椭圆形的棍子放在平板上,平板肯定不会平稳移动。看看下图就明白这个了。平放时离地10厘米(1);移动到位置(2)时,距离地面20厘米。当盘子上下晃动时,盘子上的物体会前倾后仰。

那么,要让平板平稳移动,平板下面的棍子是圆棍吗?它不是。我们先来分析一下圆棒让平板平稳移动的原因。

众所周知,圆是有属性的。如果用两条平行线从不同方向夹住圆,那么两条平行线之间的距离永远相等(等于直径)。具有这种性质的曲线称为“定宽曲线”。这就是棍子能让平板平稳移动的原因。

圆是“定宽曲线”,但“定宽曲线”不仅仅是圆。如“弧三角”,也是固定宽度的曲线。三角形可以这样制作:

先做一个等边三角形ABC。

做一个以A为圆心,AB为半径的圆弧;以B为圆心,BC为半径,做一个圆弧;以C为圆心,CA为半径,做一个圆弧。由三条弧连接而成的图形是弧三角形。

为什么三角形是固定宽度的曲线?我们来分析一下。

如上图(1)所示,l1l2,L1到L2的距离显然等于等边三角形的边长ABC。旋转l1和l2,在图(2)所示的位置,l2仍与相切,l1仍通过A点,l1和l2的距离仍等于等边三角形的边长。当到达图(3)所示位置时,l2与A点分离,并与其相切。此时l2经过C点,l1和l2的距离仍然等于一个等边三角形的边长。可以看出,在任何情况下,夹住圆弧三角形的两条平行线l1和l2之间的距离总是等于等边三角形的边长。

以上是在图(1)的基础上旋转l1和l2的情况。如果l1,l2不动转弧三角,会发生什么?

不难想象,圆弧三角形可以在不扩大和收缩l1和l2之间距离的情况下,平滑地向内滚动。与圆不同,当它在两条平行线之间滚动时,圆心保持同一高度,而“圆弧三角形”的圆心O(即正三角形ABC的圆心)的高度是不断变化的。

由于弧三角是一条宽度固定的曲线,所以在平板下放置一根弧三角截面的棍子,也能起到圆棍的效果。但圆弧三角棍加工难度大,一般不使用。

当然,圆弧三角形还有一个圆所不能的作用。

圆是没有棱角的,而圆弧三角形是有“棱角”的,也就是有些地方比较突出。弧形三角形可以用来“钻一个方孔”,因为它的宽度是固定的,“有棱有角”并且在平行线之间滚动时其中心位置会发生变化。

“钻方孔”的原理是这样的:如果有一个盒子套在一个圆弧三角形外面,当圆弧三角形绕其中心旋转时,盒子会上下左右晃动。这一点看了下图就很容易搞清楚了。现在,让我们拿着盒子,不要让它的位置移动。但是,我们还是要让圆弧三角形在盒子内部旋转。此时,弧三角的中心会晃动,弧三角的三个凸出部分几乎会扫过盒子的所有角落。当这个圆弧三角具有切割功能时,还可以钻一个方孔。当然,钻方孔的整个结构并没有那么简单。这里只是解释一下它的工作原理。

除了圆弧三角形,其他定宽曲线都是机械使用的,这里就不介绍了。

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