奇秒的「勒洛三角形」(特有趣)

2021-01-18 輕鬆學高等數學

一說起三角形,大家都知道它的三條邊都是線段。今天我們介紹一個特殊的「三角形」--勒洛三角形


勒洛三角形是由德國機械工程專家,機構運動學家勒洛(出生於1829,死於1905)首先發現,所以以他的名字命名。


作法:以等邊三角形每個頂點為圓心,以邊長為半徑,在另兩個頂點間作一段弧,三段弧圍成的曲邊三角形就是勒洛三角形。




對於這樣一個三角形,你首先會發現它的什麼性質?


很簡單,從一個頂點出發到對邊的距離相等,是圓的半徑,所以這個三角形是一個定寬曲線


使用截面是定寬曲線的滾木來搬運東西,不會發生上下抖動。實際上這樣的裝置在許多科技館都能看到,下圖就是柏林一家博物館內的定寬曲線滾木。另外定寬曲線還有一個有趣的性質,就是寬度相等的定寬曲線有相同的周長,所以下圖中的圓形滾木轉過一周的時候,旁邊的勒洛三角形滾木也恰好轉過一周。




應用上面滾木的原理,可以製造出許多有趣的小玩意。例如我國勞動人民就充分發揮聰明才智製造了一輛利用等寬曲線輪的 角輪自行車 ,據說已經成功申請專利了。但勒洛用作輪子,因為其中心並不穩定,每旋轉一圈會有三次跳動,看下圖中中心是不穩定的。



下面視頻說明了這一點:



但大家也看到了,用它來做輥軸是可以的,不用變換中心。


由於等寬性,等寬曲線還可以在一個正方形內貼著邊沿滾動。



 1914 年,一位注意到這一特性的美國工程師據此發明了方孔鑽頭。方孔鑽頭的截面是一個勒洛三角形,為使鑽頭更鋒利,它被削去了一部分的。在工作時鑽頭的中心隨著鑽頭的轉動同時繞軸做圓周運動(事實上並不是嚴格的圓周運動),就可以鑽出四角略圓的正方形。



最後來看下面這個視頻再詳細的了解一下勒洛三角形吧。


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