Movatterモバイル変換


[0]ホーム

URL:


Prijeđi na sadržaj
Wikipedija
Pretraga

Torus

Izvor: Wikipedija

Torus je obrtna ploha koja se dobija kada se rotira kružnica u trodimenzionom prostoru oko osekoplanarne sakružnicom, a koja ne dodiruje krug.

Torus
  1. Ako osa rotacije ne dodiruje kružnicu ploha ima oblik prstena i naziva se prstenasti torus ili samo torus.
  2. U slučaju da je osa rotacije tangenta kružnice dobijena ploha se naziva rog torus
  3. kada za osu rotacije uzmemo tetivu kružnice rezultujuća ploha je vretenasti torus.

Jednačina

[uredi |uredi kod]

Kao takvaploha torus ima "rupu". Ako označimo sa c radijus od centra "rupe" do centra torusa, a sa a radijus torusa dolazimo do njegove parametarskejednačine:

{x=(c+acosv)cosuy=(c+acosv)sinuz=asinv{\displaystyle {\begin{cases}x=(c+acosv)cosu\\y=(c+acosv)sinu\\z=asinv\end{cases}}} zau,v[0,2π){\displaystyle u,v\in [0,2\pi )}[1]

gdje suu{\displaystyle u} iv{\displaystyle v} uglovi koji čine puni krug, tako da njihove vrijednosti počinju i završavaju u istoj tački

c{\displaystyle c} je udaljenost od centra cijevi do središta torusa,a{\displaystyle a} je promjer cijevi.c{\displaystyle c} je glavni radijus, aa{\displaystyle a} sporedni radijus.

Implicitna jednačina uKartezijevim koordinatama je

(cx2+y2)2+z2=a2,{\displaystyle \left(c-{\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\right)^{2}+z^{2}=a^{2},}

Površina i zapremina

[uredi |uredi kod]

Površina torusa je

P=(2πr)(2πR)=4π2ca{\displaystyle P=\left(2\pi r\right)\left(2\pi R\right)=4\pi ^{2}ca}[2][3]

a zapremina

V=(πa2)(2πc)=2π2ca2{\displaystyle V=\left(\pi a^{2}\right)\left(2\pi c\right)=2\pi ^{2}ca^{2}}

 V=2π2Rr2,{\displaystyle \ V=2\pi ^{2}Rr^{2},}

Dokaz

 S=S1S2,{\displaystyle \ S=S_{1}-S_{2},}

 S1=π(R+a)2,{\displaystyle \ S_{1}=\pi (R+a)^{2},}

 S2=π(Ra)2{\displaystyle \ S_{2}=\pi (R-a)^{2}}

PremaPitagorinoj teoremi imamo

 a=r2z2{\displaystyle \ a={\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}

 S1=π(R+r2z2)2{\displaystyle \ S_{1}=\pi (R+{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}}
 S2=π(Rr2z2)2{\displaystyle \ S_{2}=\pi (R-{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}}

 S=π(R+r2z2)2π(Rr2z2)2{\displaystyle \ S=\pi (R+{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}-\pi (R-{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}}

 S=π[(R+r2z2)2(Rr2z2)2]{\displaystyle \ S=\pi [(R+{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}-(R-{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})^{2}]}

 S=π(R2+2Rr2z2+r2z2R2+2Rr2z2r2+z2){\displaystyle \ S=\pi (R^{2}+2R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}+r^{2}-z^{2}-R^{2}+2R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}-r^{2}+z^{2})}

 S=π(2Rr2z2+2Rr2z2){\displaystyle \ S=\pi (2R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}+2R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}})}

 S=4πRr2z2{\displaystyle \ S=4\pi R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}

 V=rrS(z)dz{\displaystyle \ V=\int \limits _{-r}^{r}S(z)\,dz}

 V=rr4πRr2z2dz{\displaystyle \ V=\int \limits _{-r}^{r}4\pi R{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz}

 V=4πRrrr2z2dz{\displaystyle \ V=4\pi R\int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz}

 rrr2z2dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz}

 dudz=dr2z2dz{\displaystyle \ {du \over dz}={d{\sqrt {r^{2}-z^{2}}} \over dz}}

dr2z2dzd(r2z2)d(r2z2){\displaystyle {d{\sqrt {r^{2}-z^{2}}} \over dz}{d(r^{2}-z^{2}) \over d(r^{2}-z^{2})}}

dr2z2d(r2z2)d(r2z2)dz{\displaystyle {d{\sqrt {r^{2}-z^{2}}} \over d(r^{2}-z^{2})}{d(r^{2}-z^{2}) \over dz}}

 dudz=12(r2z2)(dr2dz2dz2dz)=12(r2z2)(02z)=2z2(r2z2)=z(r2z2){\displaystyle \ {du \over dz}={1 \over 2(r^{2}-z^{2})}({dr^{2} \over dz^{2}}-{dz^{2} \over dz})={1 \over 2(r^{2}-z^{2})}(0-2z)={-2z \over 2(r^{2}-z^{2})}=-{z \over (r^{2}-z^{2})}}

 du=zr2z2dz{\displaystyle \ du=-{z \over r^{2}-z^{2}}dz}

 rrr2z2dz=zr2z2|rrrrz2r2z2dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}-\int \limits _{-r}^{r}-{z^{2} \over {\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}dz}

 rrr2z2dz=zr2z2|rrrrz2r2+r2r2z2dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}-\int \limits _{-r}^{r}{-z^{2}-r^{2}+r^{2} \over {\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}dz}

 rrr2z2dz=zr2z2|rrrrr2z2r2z2dz+rrr2r2z2dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}-\int \limits _{-r}^{r}{r^{2}-z^{2} \over {\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}dz+\int \limits _{-r}^{r}{r^{2} \over {\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}dz}

 rrr2z2dz=zr2z2|rrrrr2z2dz+r2rr1r2z2dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}-\int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}dz+r^{2}\int \limits _{-r}^{r}{1 \over {\sqrt {r^{2}-z^{2}}}}dz}

 rrr2z2dz+rrr2z2dz=zr2z2|rr+r2rr1r2(1z2r2)dz{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz+\int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}+r^{2}\int \limits _{-r}^{r}{1 \over {\sqrt {r^{2}(1-{z^{2} \over r^{2}})}}}dz}

 2rrr2z2dz=zr2z2|rr+r2rr1(1(zr)2)d(zr){\displaystyle \ 2\int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz=z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}{\bigg |}_{-r}^{r}+r^{2}\int \limits _{-r}^{r}{1 \over {\sqrt {(1-({z \over r})^{2})}}}d({z \over r})}

 rrr2z2dz=zr2z2+r2arcsin(zr)2|rr{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz={z{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}+r^{2}\arcsin({z \over r}) \over 2}{\bigg |}_{-r}^{r}}

 rrr2z2dz=rr2r2+r2arcsin(rr)2rr2(r)2+r2arcsin((r)r)2{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz={r{\sqrt {r^{2}-r^{2}}}+r^{2}\arcsin({r \over r}) \over 2}-{-r{\sqrt {r^{2}-(-r)^{2}}}+r^{2}\arcsin({(-r) \over r}) \over 2}}

 rrr2z2dz=r2arcsin(1)r2arcsin(1)2{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz={r^{2}\arcsin({1})-r^{2}\arcsin({-1}) \over 2}}

 rrr2z2dz=r22(π2(π2)){\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz={r^{2} \over 2}({\pi \over 2}-(-{\pi \over 2}))}


 rrr2z2dz=r2π2{\displaystyle \ \int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz={r^{2}\pi \over 2}}

 V=4πRrrr2z2dzV=4πRr2π2{\displaystyle \ V=4\pi R\int \limits _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-z^{2}}}\,dz\to V=4\pi R{r^{2}\pi \over 2}}

 V=2π2Rr2,{\displaystyle \ V=2\pi ^{2}Rr^{2},}

Prstenasti torus

[uredi |uredi kod]

Parametarska jednačina prstenastog torusa je

{x=(c+acosv)cosuy=(c+acosv)sinuz=asinv{\displaystyle {\begin{cases}x=(c+acosv)cosu\\y=(c+acosv)sinu\\z=asinv\end{cases}}}

zau,v[0,2π){\displaystyle u,v\in [0,2\pi )}ia>c{\displaystyle ia>c}

Koficienti prve kvadratne forme su

E=(c+acosv)2{\displaystyle E=(c+acosv)^{2}}
F=0{\displaystyle F=0}
G=a2{\displaystyle G=a^{2}}

dok za koeficiente druge kvadratne forme dobijamo

L=(c+acosv)cosv{\displaystyle L=-(c+acosv)cosv}
M=0{\displaystyle M=0}
N=a{\displaystyle N=-a}

Gausova i srednja kriva su date sa:

KG=cosva(c+acosv){\displaystyle K_{G}={\frac {cosv}{a(c+acosv)}}}

KS=c+2acosv2a(c+acosv){\displaystyle K_{S}={\frac {-c+2acosv}{2a(c+acosv)}}}

Rog torus

[uredi |uredi kod]

Uzimajući u jednačini

{x=(c+acosv)cosuy=(c+acosv)sinuz=asinv{\displaystyle {\begin{cases}x=(c+acosv)cosu\\y=(c+acosv)sinu\\z=asinv\end{cases}}}

da jec=a{\displaystyle c=a} dobijamo parametarsku jednačinu rog torusa[4]

{x=a(1+cosv)cosuy=a(1+cosv)sinuz=asinv{\displaystyle {\begin{cases}x=a(1+cosv)cosu\\y=a(1+cosv)sinu\\z=asinv\end{cases}}}

Za koeficiente prve kvadratne forme dobijamo:

E=4a2cos4(12v){\displaystyle E=4a^{2}cos^{4}({\frac {1}{2}}v)}
F=0{\displaystyle F=0}
G=a2{\displaystyle G=a^{2}}

dok su koeficienti druge kvadratne forme rog torusa:

L=2acos2(12)cosv{\displaystyle L=-2acos^{2}({\frac {1}{2}})cosv}
M=0{\displaystyle M=0}
N=a{\displaystyle N=-a}

Vretenasti torus

[uredi |uredi kod]

Kod vretenastog torusa parametarska jednačina, formule za koeficiente prve i druge kvadratne forme i formule za izračunavanje srednje i Gausove krive su iste kao i kod prstenastog torusa, uz uslovc<a{\displaystyle c<a}.

Izvori

[uredi |uredi kod]

Rotacione površi i njihova vizuelizacija u programskom paketu Mathematica Niš, novembar 2013.[mrtav link]

Reference

[uredi |uredi kod]
  1. „parametarska jednačina 06. juli 1995”. Arhivirano izoriginala na datum 2019-05-20. Pristupljeno 2016-05-01. 
  2. ring torus
  3. površina torusa
  4. Horn torus Niš novembar 2013[mrtav link]
Izvor:https://sh.wikipedia.org/w/index.php?title=Torus&oldid=41379900
Kategorije:
Sakrivena kategorija:

[8]ページ先頭

©2009-2025 Movatter.jp