天天科普 | 看得见的数学,它们为什么会这么奇妙?

武汉科技馆数学展厅(看得见的数学)

在武汉科技馆数学展厅有这样一个展项,这里有十个模型:抛物线、双曲狭缝、翻转四面体、滚出直线、正交十字磨、正多面体、旋转体、圆周转直线运动联动装置、透视原理、最小曲面模型。它们都是某个数学问题看得见的模型。来看看它们为什么会这么奇妙!

一条平面曲线绕着它所在的平面内的一条定直线旋转所形成的曲面叫作旋转面;该定直线叫做旋转体的轴;封闭的旋转面围成的几何体叫作旋转体。

所谓正多面体,是指多面体的各个面都是全等的正多边形,并且各个多面角都是全等的多面角。

平面内,到定点与定直线的距离相等的点的轨迹叫做抛物线。其中定点叫抛物线的焦点,定直线叫抛物线的准线。

上图是武汉科技数学展厅双曲狭缝展品,这是一个有趣的科学实验,缓慢地转动直棒,你可以清楚地看到,直棒从弯曲的槽中通过时,所产生的双曲狭缝的情形。

双曲狭缝是通过数学的方法,证明了一根倾斜的直棍绕 Z 轴旋转时,其产生的单叶双曲面,被垂直于 X,Y 的平面相切时所产生的有趣情形。直棒能巧妙地穿越它,是因为直线转动时会在空中划出一种被称为双曲面的立体圆形,从双曲线的顶端到底部沿弯曲的边缘划出的线称为双曲线,立板上所刻的曲线就是双曲线,而且也正好与直棒所划出的双曲线相符,所以它可以顺利通过平板上的双曲狭缝。

PS:双曲面(单叶双曲面)可以由一运动直线产生,其中载面上的交点连线为双曲面。

【编辑:付豪】

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