A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről

Hasonló dokumentumok
Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Csavarokról és rokon témákról

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

Egy érdekes nyeregtetőről

Fa rudak forgatása II.

A csavart oszlop előállításáról

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

További adalékok a merőleges axonometriához

Kiegészítés a merőleges axonometriához

A csavarvonal axonometrikus képéről

A ferde szabadforgácsolásról, ill. a csúszóforgácsolásról ismét

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

A lengőfűrészelésről

A Cassini - görbékről

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

A csavarvonalról és a csavarmenetről

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Egy szép és jó ábra csodákra képes. Az alábbi 1. ábrát [ 1 ] - ben találtuk; talán már máskor is hivatkoztunk rá.

A főtengelyproblémához

A kardáncsukló tengelyei szögelfordulása közötti összefüggés ábrázolása. Az 1. ábrán mutatjuk be a végeredményt, egy körülfordulásra.

Egy kinematikai feladathoz

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Profilmetsződésekről, avagy tórusz és körhenger áthatásáról

Egy geometriai szélsőérték - feladat

A kardáncsukló kinematikája I. A szögelfordulások közti kapcsolat skaláris levezetése

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Vontatás III. A feladat

Az axonometrikus ábrázolás analitikus geometriai egyenleteinek másfajta levezetése. Bevezetés

A ferde tartó megoszló terheléseiről

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

A tűzfalakkal lezárt nyeregtető feladatához

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

A gúla ~ projekthez 2. rész

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Egy általános helyzetű lekerekített sarkú téglalap paraméteres egyenletrendszere. Az egyenletek felírása

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Az arkhimédészi csőfelületről

Befordulás sarkon bútorral

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

Élesmenetű csavar egyensúlya másként

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

Érdekes geometriai számítások 10.

Egy mozgástani feladat

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Egy újabb cérnás feladat

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

A fatörzs és az ágak alakjának leírásához. Szétnéztünk az interneten. A lábon főleg a szabadon álló fák alakja meglehetősen bonyolult; pl.: 1. ábra.

A magától becsukódó ajtó működéséről

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Egy kinematikai feladat

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Az éjszakai rovarok repüléséről

A véges forgatás vektoráról

Egy újabb látószög - feladat

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

A térbeli mozgás leírásához

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

A hordófelület síkmetszeteiről

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Fénypont a falon Feladat

ANALÍZIS II. Példatár

Kiegészítés a három erő egyensúlyához

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Keresztezett pálcák II.

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

Egy sajátos ábrázolási feladatról

A mandala - tetőről. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is! θ = 360/n. 1. ábra [ 6 ].

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Érdekes geometriai számítások 5. Folytatjuk a sorozatot. 5. Téma: Egy fontos szögösszefüggés gömbháromszögtani igazolása

Egy felszínszámítási feladat a tompaélű fagerendák témaköréből

Két naszád legkisebb távolsága. Az [ 1 ] gyűjteményben találtuk az alábbi feladatot és egy megoldását: 1. ábra.

Kúp és kúp metsződő tengelyekkel

A tér lineáris leképezései síkra

Poncelet egy tételéről

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Trigonometria II.

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Az egyköpenyű forgáshiperboloid síkmetszeteiről

Átírás:

A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről Már régóta rajzoljuk a táblára a közönséges csavarvonal vetületeinek és síkba teríté - sének ábráit, a Gépészeti alapismeretek tantárgy óráin. Úgy tűnik, itt az ideje, ogy egy kicsivel megint előrébb lépjünk e témában. Azt a feladatot tűzzük magunk elé, ogy gondoljuk át és tegyük rendbe számítással és szerkesztéssel az egyenes körengerre írt más néven: közönséges csavarvonal érintőjéről szóló, eddig így még nem összerakott tudnivalókat. Eez tekintsük az 1. ábrát is! 1. ábra Keletkeztessük úgy a csavarvonalat, ogy egy R sugarú egyenes körengerre α szög alatt feltekerünk egy l osszúságú egyenes szakaszt! Más megfogalmazásban [ 1 ] : a csavarvonalat úgy kapatjuk meg, ogy egy papírlapra ferdén egyenest rajzo - lunk, majd a papírlapot engerré csavarjuk össze. A feltekerés fordítottja: a lefejtés; ezt is és a csavarvonal egy darabját is a szokásos módon vetületeivel ábrázoltuk az 1. ábrán. Most írjuk fel a csavarvonal paraméteres egyenletrendszerét, egy az 1. ábra szerinti OXYZ derékszögű koordináta - rendszerben! Egy görbepont koordinátái:

2 X Y Z ϕ = R cos ϕ, ϕ = R sin ϕ, ϕ = c ϕ. ( 1 ) A c állandót abból a feltételből atározzuk meg, ogy a a vetületi pont befutja a teljes kört, akkor a vetületi pont éppen menetmagasságnyira emelkedik az alapsík fölé; ( 1 / 3 ) - mal is: Z ϕ = 2π = c 2 π =, innen: c = 2 π. ( 2 ) Másfelől az 1. ábra lefejtést mutató része alapján: =, 2 R π majd ( 2 ) és ( 3 ) - mal: ( 3 ) c = R. ( 4 ) Ezután átírjuk az ( 1 / 1, 2 ) képleteket, φ kiküszöbölésével: ( 1 / 3 ) és ( 2 ) - vel: Z X ( Z ) = R cos, c Z Y ( Z ) = R sin ; c illetve: Z X ( Z ) = R cos 2 π, Z Y ( Z ) = R sin 2. π Nem feledkezünk meg ( 1 / 3 ) - ról sem, ami ( 2 ) - vel átírva így fest: Z ( ϕ ) = ϕ. 2π ( 5 / 1 ) ( 5 / 2 ) ( 6 )

3 Az ( 5 / 2 ) képletek szerint a csavarvonal elölnézeti képe koszinusz -, oldalnézeti képe szinusz - görbe, egyezésben az 1. ábra látvány - élményével. Az 1. ábrán bejelöltük egy csavarvonal - pont érintőjének árom vetületét, illetve az érintők ajlását megadó szögeket. Az 1. ábra szerint íratjuk, ogy dx ( Z ) tgψ ( Z ) =, dz dy ( Z ) ( 7 ) tg τ ( Z ) =. dz Most ( 5 / 2 ) deriválásával, ( 2 ) - vel is: dx ( Z ) 2π Z Y = R sin 2 π =, dz c dy ( Z ) 2π Z X = R cos 2. π = dz c ( 8 ) Majd ( 7 ) és ( 8 ) - cal, ( 1 ) - et és ( 4 ) - et is felasználva: Y R sin ϕ sin ϕ tgψ = = = ; c R X R cos ϕ cos ϕ tg τ = = =. c R Vagy kicsit átírva: sin ϕ tgψ ( ϕ ) = ; cos ϕ tg τ( ϕ ) =. ( 9 ) Az 1. ábrabéli rajz felépítése miatt a vízszintesez képest megadott ϑ, θ ajlás - szögekkel dolgozunk, így az 1. ábra szerint is: ψ + 90 ϑ = 180, innen: ϑ = ψ 90. Hasonlóan: τ + θ = 90, innen: ( 10 )

4 θ = 90 τ. Ezután ( 10 ) - zel íratjuk, ogy: 1 tg ϑ = tg ( ψ 90 ) = tg ( 90 ) ψ = tg ( 90 ψ ) = ctg ψ =, tgψ ( 11 ) ( 12 ) majd ( 9 / 1 ) és ( 12 ) - vel: tg ϑ( ϕ ) =. sin ϕ ( 13 ) Most ( 11 ) - gyel: 1 tgθ = tg ( 90 τ ) = ctg τ =, tgτ ( 14 ) így ( 9 / 2 ) és ( 14 ) - gyel: tgθ ( ϕ ) =. cos ϕ ( 15 ) Egy további asznos összefüggésez jutunk, a képezzük ( 13 ) és ( 15 ) ányadosát: tgθ( ϕ) cos ϕ sin ϕ = = = tg ϕ, tgϑ( ϕ) cos ϕ sin ϕ teát: tgθ = tgϕ tg ϑ. ( 16 ) Ez már független a csavarvonal α menetemelkedési szögétől. Két speciális eset, amik az ábrázolást még jobban segítetik ( 13 ) és ( 15 ) - tel: π π tgϑ ϕ = = = ϑ ϕ = = α, 2 sin 2 π 2 ( 17 ) tgθ( ϕ = 0) = = θ( ϕ = 0) = α. cos 0

5 A vetületi érintők szerkesztését azáltal is megkönnyítetjük, ogy megszerkesztjük a csavarvonal egy tetszőleges pontjában úzott érintőjének az alapsíkkal való D dö - féspontját 1. ábra. Ezt úgy oldjuk meg, ogy a felülnézeti képen a pontban úzott körérintőre felmérjük a K = Rφ körívosszat, amit a lefejtési ábráról közvetlenül is leveetünk, mint a Z ordinátáoz tartozó abszcisszát. Ezzel megkaptuk a D pon - tot, melyet az elölnézeti kép X tengelyére felvetítve kapjuk a D pontot. A D pont előáll, a az oldalnézeti kép Y tengelyére felmérjük az Y D koordinátát. Ezekkel az érintő vetületei mint a D, D, D egyenesek adódnak. Az eljárás magyarázata: az 1. ábra lefejtési rész - ábrája szerint felírató a Z = ( 18) R ϕ összefüggés, melyet a felülnézeti képen is megjelenítettünk v.ö.: [ 2 ]! A D döféspont koordinátái, az 1. ábráról leolvasatóan: X D ( ϕ ) = R cos ϕ + R ϕ sin ϕ = R ( cos ϕ + ϕ sin ϕ ), YD ( ϕ ) = R sin ϕ R ϕ cos ϕ = R ( sin ϕ ϕ cos ϕ ), ZD ( ) ϕ = 0. ( 19 ) További érdekesség, ogy a ( 13 ) és ( 15 ) képleteket másként is levezetetjük, a pontbeli t érintő vektor vetületeinek segítségével; így eljárva kapjuk, ogy: t sin α tg ϑ = = = =, t t sin ϕ t cos α sin ϕ sin ϕ X XY t sin α tg θ = = = =, t t cos ϕ t cos α cos ϕ cos ϕ Y XY egyezésben az előbbiekkel. A fentiekről készített axonometrikus vázlatot a 2. ábrán szemléletjük. Itt a g térgörbe φ - vel jellemezető E érintősíkját, benne az e érintő egyenesét, vala - mint az itteni pontoz tartozó t érintővektorát szemléltettük, utóbbit kiemelten is. A szürkére satírozott D derékszögű áromszög amely fontos szerepet játszik a csavarvonal elméletében megegyezik az 1. ábra D () képsíkba döntött árom - szögével, csak eredeti elyzetében ábrázolva azt. Ez a megoldási mód főként a deriváltakkal nem dolgozó tanulóknak, például a középiskolásoknak segítet a ( 13 ) és ( 15 ) képletek elyességének belátásában.

6 2. ábra Irodalom: [ 1 ] H. S. M. Coxeter: A geometriák alapjai Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1973. [ 2 ] Strommer Gyula: Ábrázoló geometria 2. kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1974. Sződliget, 2012. október 28. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár