Hoffmann Miklós
Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ
Műszaki problémáknál gyakran kell olyan felületet terveznünk, melyet úgy kapunk, hogy egy változó sugarú gömb középpontja egy görbe mentén mozog, mi pedig a gömbsereg burkolóját keressük.
Tekintsük a gömb következő egyenletét:
ahol
a gömb pontja,
a
középpontja,
pedig a sugara. Ha ebből a gömbből egyparaméteres gömbsereget akarunk
létrehozni, akkor ezt úgy tehetjük meg, hogy a középpont egy görbén fog mozogni, melyet
jelöljön
, miközben a sugár is a
paramétertől függő érték lesz:
(ez tehát nem vektor, csak egy valós értékű, valós változós függvény). Az így
kapott
gömbsereg burkolóját keressük. Ehhez szükségünk van a gömbön arra
a körre, melyben a burkoló az adott gömböt érinteni fogja. Ez általában nem főkör,
megkereshető viszont a két "szomszédos" gömb metszetkörének határhelyzeteként. Tekintsük
tehát az
és az
gömböket, ahol
egy
kis érték. Két gömb metszetköre a gömbök hatványsíkjában van, ami felírható
alakban. Ebből
látható, hogy ha
, akkor a hatványsík határhelyzete éppen
az
szerinti deriváltja lesz. Ennek akármilyen skalárszorosa is megfelelő:
Geometriailag ezt a kört az gömbön úgy is megkereshetjük, hogy egy pontból
érintőkúpot állítunk a gömbre, aminek érintési köre lesz a keresett kör. A kérdéses
pont:
Ez a pont az görbe adott pontbeli érintőegyenesén van. Magának a burkoló
felületnek a felírásához használjuk az
görbe Frenet-féle koordináta-rendszerét,
melynek tehát origója az aktuális
pont, egységvektorai pedig a görbe érintő
egységvektora,
főnormálisa és
binormálisa. Ebben az érintőkör
centruma
a sugara pedig Pitagorasz tétele alapján
így a felület egyenlete
Ilyen felület látható a 10.2. ábrán. Megjegyezzük, hogy minden forgásfelület előállítható az itt leírt módon úgy, hogy a gömb középpontja a forgástengely mentén mozog. Hasonlóan leírt felületek a műszaki életben használatos Dupin-cikloidok.