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画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)

画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)下方一位想不出原理的网友留言得到了排名第三的点赞,他好捉鸡。今天就教大家2种变蛋方法:用圆造蛋,和用线造蛋。总之,隔壁小鸟网站上的网友已经看呆了,有近万人点赞666。

本文由《万物》杂志官方微信

把科学带回家” 提供


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(1)

马上要过元旦了,想不想要一份特别的富含营养的元旦礼物呢?


今天就教大家2种变蛋方法:用圆造蛋,和用线造蛋。总之,隔壁小鸟网站上的网友已经看呆了,有近万人点赞666。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(2)


下方一位想不出原理的网友留言得到了排名第三的点赞,他好捉鸡。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(3)

翻译:花了整整2分钟想要搞明白这个动图怎么做的,椭圆是怎么画出来的。头好晕啊。


我们一起来帮帮他吧!




关键概念


椭圆,图西双圆


材料和操作





圆造蛋


1 首先,制造出一张圆形的纸。(可用圆规画)


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(4)


2 在圆里随便什么地方点上一点。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(5)


3 随便折一条让圆边通过这个点的直线,反复多次操作,像这样子——


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(6)


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(7)


最后你就可以得到一个蛋了。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(8)


如果你是手残党,可以在下面的地址玩一玩——


www.geogebra.org/m/XZpKMxjZ


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(9)


当然,我们不仅可以用圆来画蛋,还可以用圆做各种奇怪的事。


比如,如果在圆外随便点一点,然后也同样操作,扫出来的图案就是一个双曲线。


你可以点下面的网址玩一玩——

https://www.geogebra.org/m/VCNReSnS


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(10)


啥也不磨机蛋


当然,画椭圆还有更舒爽的方法。


比如这个摇起来很舒服的的机械。啊对了,这个小工具也叫啥也不干机 (do-nothing machine),啥也不磨机(nothing grinder)。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(11)


嗯,光看它的运动,相信它没有亏待自己的名字。


但是呢,别小看啥也不磨机哦,它可以把直线运动转化为椭圆运动。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(12)


啥也不磨机还有更复杂更酷炫的变种,它也可以画蛋蛋——


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(13)


这么好玩的啥也不磨机怎么做呢,准备一些积木,胶水和木条,二轴的版本像这样做就可以了。

因为头条无法插入微信视频,请到 把科学带回家 公众号查看。



原理


圆造蛋


要从数学上证明折出来的图形是椭圆很简单。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(14)


假设圆心是A,你随便点的那个点是S,过S这个点的随便折的线和圆的交点是P。


现在呢,作SP的中垂线,和AP交于M。


很容易就可以证明,AM MS = AM MP = r,也就是圆的半径。


这有什么意义呢?


还记得椭圆的性质吗?


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(15)


把一条绳子定住2个点,画出的图形就是椭圆。所以,我们只要证明AM MS是一个固定值就可以了。我们刚刚不就证明了这点吗?


很显然,这条过M的中垂线扫出的区域,恰好就是一个椭圆,而且这个椭圆的长轴长度恰好等于圆的半径。


啥也不磨机蛋


虽然被人叫做啥也不磨机,但是在计算机出现前,啥也不磨机有个正经的名字,叫做椭圆规(Ellipseograph),它是一个机械绘图机哦。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(16)

William Ford Stanley and Co. Ltd公司在1880年左右制造的椭圆规,发明者是英国人Edward Burslow


只要调整动点的长短,就可以画出不同形状的椭圆。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(17)


如果在啥也不磨机的杆子上画上小点,就会看到它的不同部分扫出的不同图形。不过有意思的是,总有2个点似乎在同一个小圆里运动,但是它们各自又在做直线运动。好奇怪啊。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(18)


啥也不磨机的数学原理,叫做图西双圆(Tusi couple)。它是两个直径差一倍的圆形成的图案。仔细观察下图,你就会发现,小圆上的任意一点都在做直线往复运动。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(19)

图西双圆


如果你不信,看看下面这个在网上把许多网友逼疯的图,实际上它就是个图西双圆,每个彩色的点都在做直线往复运动,同时也是一个圆的一部分。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(20)


但是小圆内(非圆的边缘)除了圆心以外的任意一点,却在做椭圆运动。圆心做的是圆周运动。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(21)


图西双圆是13世纪的波斯(今伊朗)的天文学家和数学家纳西尔丁·图西(Nasir al -Din al-Tusi)发现的。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(22)

伊朗在1976年发行的纪念图西的邮票 @wikipedia


当时图西想用这种运动来解释内侧行星(轨道在地球内侧绕行的太阳系行星)的运动。实际上,哥白尼的《天体运行论》(De revolutionibus orbium coelestium)中有些模型(如水星模型)和图西双圆极为相似,因此有不少人认为哥白尼通过某种途径参考了阿拉伯经典。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(23)


其实,图西双圆是一种特殊形式的内旋轮线(hypotrochoid)。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(24)

内旋轮线



无标注图片来源网络。

动图来源和参考资料储存于石墨:

https://shimo.im/docs/HwckVVcgqptxHCRg/


玩过经典玩具万花尺的小朋友对内旋轮线应该很熟悉了。


画蛋的方法(特殊的画蛋技巧)(25)


- 小明,你的科技小制作做什么?

- 啥也不做机。

- 小明啊,啥也不做也就罢了,叫老师鸡就不对了哦。


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