Тор (поверхность)

Тор (поверхность)
Красным - образующая окружность

Тор (тороид) — поверхность вращения, получаемая вращением образующей окружности вокруг оси, лежащей в плоскости этой окружности.

Содержание

Ось тора

Ось тора может лежать вне образующей окружности либо касаться её.

При сечении тора вращения «диагональной» касательной плоскостью, проходящей через центр тора (эта плоскость автоматически получается бикасательной) образуются окружности Вилларсо.

Уравнения

Torus 3d.png

Параметрическое

Уравнение тора с расстоянием от центра образующей окружности до оси вращения R и с радиусом образующей окружности r может быть задано параметрически в виде:

  • 
\left\{
\begin{matrix}
x(\varphi,\psi) = & (R + r \cos \varphi) \cos \psi \\
y(\varphi,\psi) = & (R + r \cos \varphi) \sin \psi \\
z(\varphi,\psi) = & r \sin \varphi \\
\end{matrix}
\right.
\qquad \varphi, \psi \in [0;2\pi)

Алгебраическое

Непараметрическое уравнение в тех же координатах и с теми же радиусами имеет четвёртую степень:

\left( x^2+y^2+z^2+R^2-r^2 \right)^2-4R^2\left(x^2+y^2\right)=0

В частности, тор является поверхностью четвёртого порядка.

Свойства

Объём тела, ограничиваемого тором (полнотория), как следствие из второй теоремы Гульдина: V=2\pi^2 R r^2.

  • Тор с вырезанным диском («проколотый») можно вывернуть наизнанку непрерывным образом (топологически, то есть серией диффеоморфизмов). При этом две пересекающиеся перпендикулярно окружности на нём («параллель» и «меридиан») поменяются местами.[1]
Этапы выворачивания тора
Анимация, показывающая разрезание тора бикасательной плоскостью и две получающиеся окружности Вилларсо

*

  • Два таких «дырявых» тора, сцепленных между собой, можно продеформировать так, чтобы один из торов «проглотил» другой.[2]
Вариант окраски участков тора
  • Минимальное число цветов, необходимое для раскрашивания участков тора так, чтобы соседние были разного цвета, равно 7. См. также Проблема четырёх красок.

Сечения

  • При сечении тора бикасательной плоскостью, получающаяся кривая четвёртого порядка оказывается вырожденной: пересечение является объединением двух окружностей называемых окружностями Вилларсо.
    • В частности открытый тор может быть представлен как поверхность вращения окружности зацепленной за ось вращения
  • Одно из сечений открытого тора — лемниската Бернулли, другие кривые линии являются графическими линиями и называются кривыми Персея[3] (спирическими линиями, сечениями тора плоскостью, параллельной его оси)
  • Некоторые пересечения поверхности тора плоскостью внешне напоминают эллипс (кривую 2-го порядка). Получаемая таким образом кривая выражается алгебраическим уравнением 4-го порядка[4].
Сечения

История

Тороидальная поверхность впервые была рассмотрена древнегреческим математиком Архитом при решении задачи об удвоении куба. Другой древнегреческий математик, Персей, написал книгу о спирических линиях — сечениях тора плоскостью, параллельной его оси.

Вариации и обобщения

Литература

  • Савелов А. А. Плоские кривые: Систематика, свойства, применения. М.: Физматгиз, 1960. 293 с. Переиздана в 2002 году, ISBN 5-93972-125-7

См. также

Примечания

  1. Этапы выворачивания тора были приведены в статье Альберта Такера и Герберта Бейли «Топология» в Scientific American в январе 1950 г.
  2. Подробности приведены в статьей М. Гарднера в Scientific American за март 1977 Другие парадоксы, связанные с торами можно найти в статьях М. Гарднера, опубликованных в Scientific American в декабре 1972 и декабре 1979 гг.
  3. Теоретические основы решения задач по начертательной геометрии: Учебное пособие
  4. Пересечение сферы и тора плоскостью. Пример построения «линии среза» на поверхности комбинированного тела вращения

Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Тор (поверхность)" в других словарях:

  • Тор — Тор: В Викисловаре есть статья «тор» Тор  геометрическая фигура, поверхность вращения в форме бублика. Тор  в скандинавской мифолог …   Википедия

  • тор — 1. ТОР, а; м. [от лат. torus вздутие, выпуклость, узел] Матем. Пространственная фигура, имеющая форму баранки или спасательного круга. 2. ТОР, а; м. В скандинавской мифологии: бог грома и молнии, покровитель земледельцев. * * * тор (от лат.… …   Энциклопедический словарь

  • Поверхность вращения — Поверхность вращения  поверхность, образуемая при вращении вокруг прямой (оси поверхности) произвольной линии (прямой, плоской или пространственной кривой). Например, если прямая пересекает ось вращения, то при её вращении получится… …   Википедия

  • Тор (геометрич. тело) — Тор (от лат. torus вздутие, выпуклость, узел, валик), геометрическое тело, образуемое вращением круга вокруг прямой, лежащей в плоскости этого круга, но не пересекающей его (см. рис.). Приблизительно форму Т. имеет, например, баранка (или… …   Большая советская энциклопедия

  • ТОР (в геометрии) — ТОР (от лат. torus выпуклость), геометрическое тело, образуемое вращением круга вокруг непересекающей его и лежащей в одной с ним плоскости прямой. Приблизительную форму тора имеет спасательный круг, баранка. Поверхность, ограничивающую тор,… …   Энциклопедический словарь

  • ТОР — (от лат. torus выпуклость) геометрическое тело, образуемое вращением круга вокруг непересекающей его и лежащей в одной с ним плоскости прямой. Приблизительную форму тора имеет спасательный круг, баранка. Поверхность, ограничивающую тор, иногда… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ПОВЕРХНОСТЬ — (1) граница раздела между двумя контактирующими средами, общая часть двух смежных областей пространства (сред); видимая граница, отделяющая геометрическое (физ.) тело от внешнего пространства или др. среды (тела), которая может быть внешней или… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Тор — I         один из главных богов скандинавской мифологии, бог грома, бури и плодородия (у древних германцев континента ему соответствовал Донар). Т. главный защитник богов и людей от великанов и страшных чудовищ. Изображался рыжебородым богатырём …   Большая советская энциклопедия

  • ТОР — (от лат. torus вздутие, выпуклость, узел) геом. тело, образуемое вращением круга вокруг прямой, лежащей в плоскости этого круга, но не пересекающей его. Приблизительно форму Т. имеет, напр., спасат. круг. Если радиус вращающегося круга равен г… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ТОР — (от лат. torus выпуклость), геом. тело, образуемое вращением круга вокруг не пересекающей его и лежащей в одной с ним плоскости прямой. Приблизительно форму Т. имеют спасат. круг, баранка. Поверхность, ограничивающую Т., иногда также наз. Т …   Естествознание. Энциклопедический словарь


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»