Литература Инж графика / 03 Коломиец НГ 2

Укладачі:

О. А. Катькалова, доц.,

А. Ф. Коломієць, проф.,

Д. М. Пастернак, проф.,

І. А. Скідан, проф.

Рецензент:

М. С. Гармаш, доц.

4

ЗМІСТ

Передмова

С.

............................................................................................5

Запитання для самоперевірки..................................................

15

10 Перетин кривих поверхонь з площиною. Розгортання

Запитання для самоперевірки...................................................

28

11.3 Деякі особливі випадки перетину поверхонь...........................

20

Запитання для самоперевірки...................................................

48

12 Розгортання поверхонь…............................................................

49

Запитання для самоперевірки...................................................

63

14 Аксонометричні проекції……………………………….............

64

Cписок літератури...................................................................

72

рхні, що проведені через одну точку цієї

t1

поверхні, які дотикаються до цих кри-

l

вих у тій самій точці поверхні, належать

t2

M

одній площині, дотичній до поверхні у

тій самій точці. Та, оскільки, площина

m

може бути визначена двома прямими,

t3

що перетинаються, то для того, щоб до

заданої поверхні провести площину, яка

Φ

n

дотикається до неї у точці, що їй нале-

жить, достатньо через цю точку провес-

ти будь-які дві криві лінії, що належать

заданій поверхні, і провести до цих

кривих дотичні прямі через ту саму то-

чку на поверхні.

Точка поверхні, у якій може бути

до того ж одна дотична площина,

Рис. 9.1

називається звичайною (або правильною).

На відміну від звичайних на поверхні можуть бути особ-

S2

ливі точки, наприклад, вершина конічної

поверхні, вер-

шина поверхні обертання, точка на ребрі звороту тощо.

Якщо поверхня має тільки звичайні точки, то вона є опук-

A2

t2

лою.

d2

A2

p2

Перпендикуляр до дотичної площини у звичайній

d2

точці поверхні є нормаллю до площини. Звідси нормаль-

ний переріз поверхні – пеплощиною, яка проходить через

нормаль до площини.

На рис. 9.2 показано конкретний приклад

побудови площини, дотичної до опуклої поверхні – еліп-

соїда обертання. На поверхні еліпсоїда задана точка А(А1,

А2). Її проекції побудовані за допомогою паралелі p(p1,

d1

A1 S1

p2), що належить поверхні еліпсоїда. Через точку А про-

ведено дотичну до паралелі р пряму t(t1, t2). Ця пряма на-

A1

p1

лежить площині, що дотикається до поверхні еліпсоїда у

d1

t1

точці А.

За другу криву на поверхні еліпсоїда беремо меридіан

еліпсоїда, який проходить через точку А

Рис. 9.2

7

(на рис. 9.2 не показаний). Дотична пряма d(d1,d2) до цього меридіана на гори-

зонтальній проекції збігається з проекцією меридіана. Для побудови фронта-

льної проекції d2 дотичної d повернуто меридіан разом із точкою А навколо

вертикальної осі еліпсоїда до фронтального положення. У цьому положенні

меридіан точки А збігається з головним меридіаном – обрисом фронтальної

проекції еліпсоїда. А точка А переміщується у поло-

a

A

h2

ження A(A ,

A

2

) на головному меридіані. Через точ-

2

2

1

ку A2 проведено дотичну d2 до головного меридіана.

f2

Ця дотична перетинається з вертикальною віссю елі-

O2

псоїда у точці S(S2), яка є нерухомою точкою дотич-

ної d при її обертанні навколо вертикальної осі еліп-

соїда. Тому фронтальну проекцію d2 дотичної d про-

ведено через точки А2 і S2. Дві дотичні прямі t(t1, t2) i

d(d1, d2) визначають шукану дотичну до еліпсоїда

площину

(d, t).

h1

Найпростішою із опуклих поверхонь можна

O1

вважати сферу. Будь-яка дотична до сфери площина

f1

перпендикулярна до радіуса, який проходить через

a1

A1

точку дотику. На рис. 9.3 показано побудову дотич-

ної до сфери площини Г(f; h). На поверхні сфери за

допомогою кола а(а1, а2), що належить поверхні сфе-

ри, побудована точка А(А1, А2). Із центра сфери

Рис. 9.3

О(О1, О2) проведено радіус у точку А. Через точку А

проведено фронталь f(f1, f2) i горизонталь h(h1, h2),

S2

перпендикулярні до радіуса ОА: f2O2A2, f1A1A2,

h1O1A1, h2A1A2. Це не суперечить сказаному що-

до рис.16.1. Адже горизонталь h дотикається до ко-

ла а, за допомогою якого побудована точка А на

сфері, а фронталь f дотикається до кола (воно не

A2

показане на рис. 9.2), яке належить сфері і фронта-

льній площині, що проходить через фронталь f.

h2

Тут слід зауважити, що площина, дотична до

B2

сфери, має з нею одну спільну точку. Такі точки на

поверхні називаються еліптичними. Еліптичним на-

зивають і дотик площини до поверхні, якщо пло-

S1

щина має лише одну спільну з поверхнею точку.

Еліптичні точки мають і інші поверхні, наприклад,

h1

еліпсоїд, параболоїд та ін.

A1

А от площина, яка дотикається до конічної чи

B1

циліндричної поверхні, або поверхні з ребром зво-

роту, має з нею спільну пряму – твірну поверхні.

Рис. 9.4

8

У цьому разі площина дотикається до поверхні в усіх точках, що належать

одній твірній. Такі точки називають параболічними і дотикання площини до

поверхні – теж параболічним.

На рис. 9.4 показано побудову площини, дотичної до поверхні конуса.

На поверхні конуса задано точку А(А1, А2). Вона побудована за допомогою

твірної BS(B1S1, B2S2). Площина, яка дотикається до

поверхні конуса у точці А, має з конусом спільну

пряму BS. Тому достатньо через точку B, яка нале-

жить кривій поверхні конуса, - його основі,- провести

D2

дотичну пряму до цієї кривої у точці B. Твірна BS і

дотична пряма h(h1, h2) визначають дотичну до повер-

d2

хні конуса площину Г(h, BS).

(d,

K2

Аналогічно може бути проведена площина

KD), яка дотикається до поверхні циліндра у точці

D(D1, D2), побудованій за допомогою

твірної

KD(K1D1, K2D2), і має з циліндром спільну цю твірну.

D1

Дотична

площина

визначається твірною KD і пря-

мою d(d1,d2), дотичною до основи циліндра у точці

K1

d1

K(K1, K2) (рис. 9.5).

На відміну від опуклих поверхонь, з якими до-

тичні до них площини не перетинаються, є поверхні,

Рис. 9.5

що перетинаються з дотичними до них площинами.

Точки поверхні, в яких дотична площина перетинає поверхню, називаються

гіперболічними. Так, наприклад, площина, яка дотикається до гіперболічного

параболоїда, перетинає його по двом твірним,

площина, дотична до циліндроїда, перетинає його по прямій і кривій лініям.

Підсумовуючи вищесказане, покажемо декілька площин, що дотика-

ються до поверхні тора (рис. 9.6). Так, профільна площина Г(Г1, Г2) дотика-

ється до поверхні тора у одній точці А(А1, А2). Таких площин, що мають з то-

ром лише одну спільну точку, можна провести безліч.

Площина

(

2), на якій лежить тор, інакше кажучи,

тор дотикається до

площини

по колу m. Аналогічна площина Λ(Λ2) лежить на торові зверху і

дотикається до нього по другому колу n. Ці два кола (у площинах

та Λ) по-

діляють поверхню тора на опуклу та угнуту частини. Будь-яка площина, що

дотикається до тора у опуклій його частині, має з ним спільну одну еліптичну

точку.

та Λ дотикаються до поверхні тора у його параболічних то-

Площини

чках.

Угнута внутрішня частина поверхні тора (між колами m та n) містить на

собі тільки гіперболічні точки. Так, площина Σ(Σ1) дотикається до внутріш-

ньої поверхні тора у точці В(В1, В2) і перетинає його по кривій Персея (у

9

окремому випадку

Λ2

n2

Θ2

ця крива може бу-

C2

ти

лемніскатою

A2

Бернуллі) (рис. 9.6,

2

D2

m2

B2

б).

Площина

Γ2

Ψ2

б

Θ(Θ2) дотикається

до поверхні тора у

Γ1

двох гіперболічних

B1

Σ1

точках С(С1, С2) і

D(D1, D2) та пере-

A1

тинає його по двом

D1

C1

колам

Вілларсо

(рис. 9.6, в).

m1 =n1

Будь-яка

ін-

в

ша

площина,

яка

дотикається

до

внутрішньої

пове-

a

рхні тора (у гіпер-

болічній точці) пе-

ретинається

з ним

Рис. 9.6

г

по

петлеподібній

кривій

четвертого

порядку (рис. 9.6, г).

Наведемо

декілька

прикладів

побудови

S2

площин, дотичних до кривих поверхонь, таких

типів:

1) побудова площини, дотичної до поверх-

ні у точці, що належить цій поверхні;

M2

2)

проведення

дотичної

до

поверхні

площини через точку, яка не належить цій пове-

h2 =t2

D2

рхні;

B2

A2

3) проведення дотичної до поверхні пло-

щини через задану пряму;

4)

проведення дотичної до поверхні

A1

площини паралельно заданій прямій;

S1

t1

5)

проведення дотичної до поверхні пло-

щини паралельно заданій площині.

Приклади 1-го типу наведено на рис. 9.2,

h1

M1

9.3, 9.5.

D1

B1

Приклад 1. Через точку М провести пло-

щину, дотичну до поверхні конуса (рис. 9.7).

Рис. 9.7

10

Оскільки будь-яка дотична до конуса площина проходить через його верши-

ну, то у даному випадку дотична площина проходить через пряму MS. Тому

сполучаємо точки M i S прямою та знаходимо точку D(D1, D2) перетину її з

площиною основи конуса. Через точку D проводимо дві дотичні до основи

конуса прямі h(h1, h2) i t(t1, t2).

Ці прямі разом з прямою SM визначають дві дотичні до конуса площи-

ни Г(h, SM) i (t, SM). Точки А(А1, А2) і В(В1, В2) дотику їх до основи конуса

сполучаємо з вершиною конуса S. Твірні конуса AS(A1S1, A2S2) та BS(B1S1,

B2S2) – це прямі дотику площин Г і

до поверхні конуса.

Приклад 2. Через точку А провести площину, дотичну до поверхні по-

хилого циліндра (рис.9.8).

Будь-яка площина, що до-

b2

тикається до поверхні циліндра,

має з ним спільну твірну його.

a2

Через точку А можна провести

A2

дві площини, дотичні до цилінд-

M2

ра. Кожна із них має з циліндром

h2 =t2 K2

L2

одну спільну твірну і паралельна

h1

L1

усім іншим його твірним. Тому

через точку А(А1, А2) проводимо

M1

A1

пряму, паралельну твірним цилі-

b1

ндра, і знаходимо точку М(М1,

t1

М2) перетину її з площиною ос-

нови циліндра. Через точку М

K1

проводимо дві дотичні до основи

a1

циліндра прямі h(h1, h2) та t(t1, t2).

Ці прямі визначають дві дотичні

до циліндра площини Г(h, AM) i

(t, AM).

Через точки K(K1, K2) та

Рис. 9.8

L(L1, L2) дотику прямих t і h

проведені твірні a(a1, a2), b(b1, b2) циліндра, які належать і дотичним площи-

нам.

Приклад 3. Через пряму a провести площину, дотичну до сфери

(рис.9.9).

Через пряму, яка не має спільних точок зі сферою, можна провести дві

площини, дотичні до цієї сфери. Для визначення дотичної площини необхідно

побудувати на сфері точку дотику, яка разом із заданою прямою a визначає

шукану площину.

Одним із варіантів розв’язання задачі є перетворення креслення спосо-

бом заміни площин проекцій так, щоб задана пряма a стала проекціювальною.