我國著名數(shù)學(xué)家秦九韶曾說:“圓者,無端不終之至也?!币馑际牵簣A沒有起點(diǎn)和終點(diǎn),是無限延伸的。這種無限延伸的性質(zhì),給人一種光滑、和諧的美感,所以生活中的很多地方都用到了圓。走在路上,你會(huì)發(fā)現(xiàn),路上行駛的車輪是圓的,井蓋也大多是圓的……那么,是否還有其他形狀能代替圓成為車輪和井蓋呢?在思考這個(gè)問題之前,我們首先要明白車輪和井蓋為什么是圓的。
在運(yùn)動(dòng)過程中,圓形車輪與地面的接觸點(diǎn)(切點(diǎn))到圓心的距離總是相等的,都為圓的半徑,所以車輛能夠平穩(wěn)地行駛。另外,圓形車輪在行駛過程中可減少與地面的摩擦力。
井蓋為什么是圓形的呢?最主要的原因是圓的半徑都相等,所以只要井蓋的直徑稍微比井口的直徑大一點(diǎn)兒,井蓋就不會(huì)掉落到井里,能夠較好地保護(hù)行人和車輛的安全。除此以外,圓形井蓋還有受力均勻、便于運(yùn)輸、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。類似地,生活中的鍋蓋、杯蓋、壺蓋、缸蓋、桶蓋等,基本都是圓形。
不過,有一種圖形可以代替上述生活中的圓,它就是萊洛三角形。萊洛三角形是以等邊三角形的頂點(diǎn)為圓心,以其邊長為半徑作圓?。ㄈ鐖D1),由三段圓弧所構(gòu)成的圖形(如圖2)。
萊洛三角形為什么可以替代圓形來制作車輪和井蓋呢?
萊洛三角形能制作成車輪的一個(gè)很大的原因是它具有和圓一樣的定寬性質(zhì)(等寬性質(zhì))。定寬性質(zhì)就是將一個(gè)圖形放在兩條平行線間,無論這個(gè)圖形如何運(yùn)動(dòng),它始終在這兩條平行線間,且始終與這兩條平行線相切(如圖3)。有商家便抓住了萊洛三角形的這一特點(diǎn),制作了自行車的車輪(如圖4)。
與圓類似,若萊洛三角形中的等邊三角形邊長為a,則萊洛三角形中最長的線段長也為a,所以萊洛三角形也可以作為井蓋使用,具有和圓一樣的特性(如圖5)。
其實(shí),萊洛三角形也有和圓不一樣的特性。與傳統(tǒng)圓形鉆頭鉆出圓孔不同,用萊洛三角形制成的鉆頭可以鉆出正方形孔。萊洛三角形的這一特性,也被應(yīng)用于汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī),在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中,萊洛三角形的活塞就在正方形封閉體內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
萊洛三角形與圓的另一個(gè)不同之處在于它的幾何中心并不穩(wěn)定,也正因?yàn)檫@一點(diǎn),在實(shí)際生活中,圓形仍是車輪和井蓋的首選圖形。同學(xué)們可以自己制作一個(gè)萊洛三角形,用筆尖穿過中心,沿著直尺邊緣滾動(dòng),觀察一下它的中心運(yùn)動(dòng)的路徑。如果感興趣,大家還可以探索“萊洛多邊形”以及它們的特性。
(作者單位:江蘇省昆山市兵希中學(xué))