这个不认命的三角形,偏偏要来当轮子

作者: Maxwellsdemon

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-09-17

这篇文章通过一个段子介绍了勒洛三角形的特性及其在工业和生活中的应用,特别是其在轮子和转子发动机中的应用。

有一个“理科生吊打禅师”的段子是这样讲的。少年问禅师:“大师,同学总嫌我棱角太突出,不合群!”禅师掏出数根圆柱铺在地上,在上面搁了一块木板,并推动它,说:“你看,只有磨去棱角、共同合作,才能走得更远,这就是我们把轮子做成圆形的道理。如果棱角突出,怎么还能平稳前进呢?”少年略一沉吟,默默地掏出一个勒洛三角形。

浑身是戏的勒洛三角形如果你把 3 个等半径的圆重合起来,两两互相经过圆心,画出 3 个圆相交的部分,你就得到了勒洛三角形,也可以称为“曲边三角形”。这个勒洛三角形看上去平平无奇,但却具有一个很奇葩的特性:它在任何方向上的直径(或称宽度)都是定值,这种几何图形的学名叫“定宽曲线”。

当然定宽曲线可远远不止这么一种,包括圆在内的许多几何图形都是定宽曲线,它们都具有许多有趣的特性,当然其中最重要的就是定宽性了。定宽性的一个最直接的应用就是拿来当轮子。使用截面是定宽曲线的滚木来搬运东西,不会发生上下抖动。另外定宽曲线还有一个有趣的性质,就是宽度相等的定宽曲线有相同的周长,所以图中的圆形滚木转过一周的时候,旁边的勒洛三角形滚木也恰好转过一周。

应用上面滚木的原理,可以制造出许多有趣的小玩意。除了文章开头看到的角轮自行车 ,等宽曲线在汽车工业上也有广泛应用。当然,汽车制造商们不会用等宽曲线制造轮子,他们把等宽曲线藏进了汽车更核心的部分——转子发动机。由于等宽性,等宽曲线还可以在一个正方形内贴着边沿滚动。 1914 年,一位注意到这一特性的美国工程师据此发明了方孔钻头。方孔钻头的截面是一个勒洛三角形,为使钻头更锋利,它被削去了一部分。

在工作时钻头的中心随着钻头的转动同时绕轴做类似圆周的运动,就可以钻出四角略圆的正方形。看了这么多,你可能会被勒洛三角形的硬核气质震慑到。实际上由三条完美弧线构成的它,天生就具有非常高的艺术观赏价值,除了工业领域,你还可以在生活中的许多场合见到这个特立独行的三角形。

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