Kinematika rektifikace oblouku (Sobotkova a Kochaňského), prostá cykloida, prostá epicykloida, úpatnice paraboly.

Podobné dokumenty
Využití Rhinoceros ve výuce předmětu Počítačová geometrie a grafika. Bítov Blok 1: Kinematika

Kinematická geometrie

ŠROUBOVICE. 1) Šroubový pohyb. 2) Základní pojmy a konstrukce

7.KINEMATICKÁ GEOMETIE V ROVINĚ 7.1 Rovinné křivky

KRUHOVÁ ŠROUBOVICE A JEJÍ VLASTNOSTI

Pravoúhlá axonometrie

DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE ELEKTRONICKÁ SKRIPTA CYKLICKÉ KŘIVKY

Shodná zobrazení. bodu B ležet na na zobrazené množině b. Proto otočíme kružnici b kolem

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Obsah a průběh zkoušky 1PG

Křivky kolem nás. Webinář. 20. dubna 2016

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

Šroubový pohyb rovnoměrný pohyb složený z posunutí a rotace. Šroubovice dráha hmotného bodu při šroubovém pohybu

1.1 Napište středovou rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

Shodná zobrazení v rovině

ROTAČNÍ PLOCHY. 1) Základní pojmy

Kótované promítání. Úvod. Zobrazení bodu

tečen a osu o π, V o; plochu omezte hranou vratu a půdorysnou a proved te rozvinutí

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

Rhino transformace, pole (kruhové, rovinné), tělesa editace těles (sjednocení, rozdíl, ), tvorba složených objektů (šroubovák)

[obr. 1] Rozbor S 3 S 2 S 1. o 1. o 2 [obr. 2]

VZOROVÝ TEST PRO 3. ROČNÍK (3. A, 5. C)

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

Základní úlohy v Mongeově promítání. n 2 A 1 A 1 A 1. p 1 N 2 A 2. x 1,2 N 1 x 1,2. x 1,2 N 1

Odvození středové rovnice kružnice se středem S [m; n] a o poloměru r. Bod X ležící na kružnici má souřadnice [x; y].

Poznámka 1: Každý příklad začneme pro přehlednost do nového souboru tímto krokem:

Deskriptivní geometrie 2

půdorysu; pro každý bod X v prostoru je tedy sestrojen pouze jeho nárys X 2 a pro jeho

PŘÍMKA A JEJÍ VYJÁDŘENÍ V ANALYTICKÉ GEOMETRII

1 Analytická geometrie

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

Analytická geometrie přímky, roviny (opakování středoškolské látky) = 0. Napište obecnou rovnici. 8. Jsou dány body A [ 2,3,

Perspektiva. Doplňkový text k úvodnímu cvičení z perspektivy. Obsahuje: zobrazení kružnice v základní rovině metodou osmi tečen

P L A N I M E T R I E

MONGEOVO PROMÍTÁNÍ - 2. část

= cos sin = sin + cos = 1, = 6 = 9. 6 sin 9. = 1 cos 9. = 1 sin cos 9 = 1 0, ( 0, ) = 1 ( 0, ) + 6 0,

17 Kuželosečky a přímky

od zadaného bodu, vzdálenost. Bod je střed, je poloměr kružnice. Délka spojnice dvou bodů kružnice, která prochází středem

1. Přímka a její části

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

PŘÍMKOVÉ PLOCHY. Přednáška DG2*A

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Příklad 1: Nakreslete libovolnou uzavřenou rovinnou křivku a sestrojte rovinnou plochu, Návod:

M - Příprava na 1. čtvrtletku pro třídu 4ODK

M - Příprava na 12. zápočtový test

Je-li dána hranolová nebo jehlanová plocha s podstavou v rovině σ a rovina řezu ρ:

Důkazy vybraných geometrických konstrukcí

Parametrická rovnice přímky v rovině

MANUÁL K ŘEŠENÍ TESTOVÝCH ÚLOH

Michal Zamboj. January 4, 2018

Gymnázium Christiana Dopplera, Zborovská 45, Praha 5. Kartografické projekce

Úterý 8. ledna. Cabri program na rýsování. Základní rozmístění sad nástrojů na panelu nástrojů

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

REKONSTRUKCE ASTROLÁBU POMOCÍ STEREOGRAFICKÉ PROJEKCE

5. P L A N I M E T R I E

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Konstruktivní geometrie - LI. Konstruktivní geometrie - LI () Kótované promítání 1 / 44

Analytická geometrie kvadratických útvarů v rovině

Deskriptivní geometrie 2

14. přednáška. Přímka

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

Fotogrammetrie. zpracovala Petra Brůžková. Fakulta Architektury ČVUT v Praze 2012

prostorová definice (viz obrázek vlevo nahoře): elipsa je průsečnou křivkou rovinného

3. Obecný rovinný pohyb tělesa

FOTOGRAMMETRIE. Rekonstrukce svislého nezáměrně pořízeného snímku, známe-li obraz čtverce ve vodorovné rovině

4.3.2 Goniometrické nerovnice

Kružnice, úhly příslušné k oblouku kružnice

Syntetická geometrie I

Syntetická geometrie I

Kartografické projekce

Elementární křivky a plochy

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

p ACD = 90, AC = 7,5 cm, CD = 12,5 cm

Řešení geometrické úlohy spočívá v nalezení geometrického útvaru (útvarů) daných vlastností.

Urci parametricke vyjadreni primky zadane body A[2;1] B[3;3] Urci, zda bod P [-3;5] lezi na primce AB, kde A[1;1] B[5;-3]

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd Katedra matematiky. Geometrie pro FST 2. Pomocný učební text - díl II

JEVIŠTNÍ PERSPEKTIVA TABULKA 19

DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE PRO STUDENTY GYMNÁZIA CH. DOPPLERA. Mgr. Ondřej Machů. --- Pracovní verze:

obecná rovnice kružnice a x 2 b y 2 c x d y e=0 1. Napište rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem A[-3;2].

ŘEŠENÉ PŘÍKLADY DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. ONDŘEJ MACHŮ a kol.

Pedagogická poznámka: Celý obsah se za hodinu stihnout nedá. z ] leží na kulové ploše, právě když platí = r. Dosadíme vzorec pro vzdálenost:

Definice: Kružnice je množina bodů v rovině, které mají od daného bodu (střed S) stejnou vzdálenost

Michal Zamboj. December 23, 2016

Rovnice přímky v prostoru

GRAF FUNKCE NEPŘÍMÁ ÚMĚRNOST

M - Analytická geometrie pro třídu 4ODK

Kuželoseč ky. 1.1 Elipsa

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

P R O M Í T Á N Í. rovina π - průmětna vektor s r - směr promítání. a // s r, b// s r,

KRUŽNICE, KRUH, KULOVÁ PLOCHA, KOULE

4.3.3 Goniometrické nerovnice

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

2. Kinematika bodu a tělesa

Rovnice přímky. s = AB = B A. X A = t s tj. X = A + t s, kde t R. t je parametr. x = a 1 + ts 1 y = a 2 + ts 2 z = a 3 + ts 3. t R

Transkript:

Kinematika rektifikace oblouku (Sobotkova a Kochaňského), prostá cykloida, prostá epicykloida, úpatnice paraboly. Výpočty trajektorií bodů při složených pohybech. Příklad 1: Je dána kružnice k s poloměrem 30 a na ní je vyznačený oblouk AB. Sobotkovou rektifikací určete délku oblouku AB. Návod: Sobotkova rektifikaci lze použít pro kruhové oblouky se středovým úhlem menším než 60 o. Na následujícím obrázku je zadána kružnice a vyznačen oblouk AB. Od krajního bodu A daného oblouku naneseme 3x poloměr r=30 na polopřímku n jdoucí bodem A a středem kružnice S. Získaný bod C spojíme s bodem B a oblouk promítneme na tečnu t v bodě A ke kružnici k. Úsečka AD zvýrazněná žlutou barvou má přibližně délku oblouku AB.

Příklad 2 (str. 121/10): Cykloidální pohyb je dán hybnou polodií h a pevnou polodií p. h je kružnice x 2 +y 2 =15 2 a p je přímka y=-15. Sestrojte část trajektorie bodu A[0,-15] a jejím obecném bodě sestrojte tečnu. Návod: Zadání vypadá následovně. Sledujeme trajektorii bodu A při odvalování kružnice h po přímce p. Postup konstrukce: 1. Rozdělíme kružnici h na 8 (případně i více) dílů a označíme získané body postupně 1,,7. Podstatné je, abychom následně mohli použít například Sobotkovu rektifikaci oblouku, která je dostatečně přesná pro úhly do 60 o. Upozornění: V dalších obrázcích je špatně uvedeno značení. Místo bodu S si nechte označeno O h jako střed hybné polodie a bod A je současně bodem S, tj. okamžitým středem otáčení. 2. Sobotkovou rektifikací přeneseme délku oblouku A1 na přímku p a získáme úsečku AS1, která má přibližně délku oblouku A1.

3. Na přímku p vyznačíme body S1, S2,..., pro které platí A1 = AS1 = S1S2 = Body S1, S2, jsou okamžité středy otáčení. K vynesení bodů použijeme příkaz Transformace/Pole/Pravoúhlé Zadáme 9 objektů ve směru osy x, 1 ve směru osy y a 1 ve směru osy z. Zadáme vzdálenost, kam má umístit objekty

Získané body označíme S2,, S8. 4. Na přímku jdoucí středem S rovnoběžně s pevnou polodií p naneseme odpovídající pozice středů O1,, O8 hybné polodie h. 5. Provedeme odvalení kružnice h tak, aby se bodem 1 dotkla přímky p v bodě S1. Pozici bodu A1 určíme jako průsečík odvalené kružnice a rovnoběžky s přímkou p jdoucí bodem 1. Postupně odvalujeme kružnici h do dalších poloh a získáme body A2,, A8.

6. Dříve, než vytáhneme křivku procházející body A1,.., A8 (tedy hledanou cykloidu), sestrojíme v obecném bodě tečnu k této křivce, která zpřesní průběh funkce v okolí tohoto bodu. Vybereme si obecný bod, např. bod A3. Sestrojíme normálu n3 jako spojnici bodu A3 a okamžitého středu otáčení, tj. bodu S3. Tečna t3 je kolmá na normálu n3 7. Body A, A1,, A8 proložíme křivkou pomocí Výsledkem je prostá cykloida

Příklad 3 (str. 122/12): Je dán epicykloidální pohyb hybnou polodií h (střed O h [0,0], poloměr r h =15) a pevnou polodií p (střed O p [0,30], r p =15). Sestrojte trajektorii bodu A[0,15] a jejím obecném bodě tečnu. Návod: Zadání vypadá následovně Sledujeme trajektorii bodu A (ten je pevně spjat s kružnicí h) při odvalování kružnice h po kružnici p.

Postup konstrukce: 1. Rozdělíme kružnici h na 8 (případně i více) dílů a označíme získané body postupně 1,,7. 2. Vzhledem k tomu, že pevná i hybná polodie mají stejné poloměry, tak pro získání okamžitých středů otáčení S1,, S7 stačí rozdělit na stejný počet dílů i pevnou polodii a není potřeba získávat přibližnou délku oblouku rektifikací. 3. Středy O1,, O7 hybné polodie v jednotlivých pozicích odvalení budou ležet na soustředné kružnici s pevnou polodií a poloměrem 30. Body O1, O7 na tuto kružnici rozmístíme například pomocí Transformace/Pole/Kruhové takto.

4. Odvalíme hybnou polodii p tak, aby se bod 1 dotknul bodu S1 a sledujeme pohyb bodu A, který je s kružnicí p pevně spjatý. Získáme bod A1.

5. Podobně získáme body A2,, A7. 6. Dříve, než body proložíme křivku (půjde o epicykloidu), sestrojíme v několika obecných bodech tečny. Půjde o kolmice k příslušným normálám, kde normály jsou spojnice okamžitých středů otáčení a bodů, ve kterých je konstruujeme. Velkou roli bude hrát tečna t0 v bodě A, která je na obrázku zvýrazněná.

7. Body proložíme křivkou pomocí tohoto příkazu, kde zvolíme příkazovou volbu Počáteční tečna a dál se řídíme pokyny v příkazovém řádku. Doporučuji nechat vykreslit jen polovinu hledané epicykloidy a před kliknutím na bod A4 zvolit příkazovou volbu Koncová tečna (a pak zadat bod A4 a smět tečny). Pravou část epicykloidy získáme pomocí Transformace/Zrcadlit.

Příklad 4 (str. 121/8): Sestrojte úpatnici paraboly k (dáno ohnisko F[30,0], vrchol V[15,0]) pro pól P[15,0] V obecném bodě úpatnice sestrojte její tečnu. Návod: Návod najdete na straně 118.

Kinematika - výpočty Pojmy: Příklad 1: Určete rovnice křivky, po které se bude pohybovat bod A=[20,0], jestliže je pohyb zadán maticí M(t)= a. Řešení: Zapíšeme projektivní souřadnice bodu A, tedy A=(20,0,1), kde jednička na poslední pozici informuje o tom, že jde o bod vlastní. Vypočteme souřadnice bodů X =(x 1, x 2,1), které vzniknou transformací bodu A maticí M(t). Když tento maticový zápis převedeme na parametrické rovnice x 1 =20 cos t x 2 =20 sin t, kde, vidíme, že jde o rovnice kružnice s poloměrem 20.

Příklad 2: Určete rovnice trajektorie bodu A=[0,0], který vykonává pohyb složený z otočení a z posunutí. Posunutí je dáno vektorem v=(t/2,0) a otáčení je dáno středem otáčení v počátku a úhlem t, kde t je z intervalu <0, 4π>. Řešení: Zapíšeme projektivní souřadnice bodu A a vektoru v. A=[0,0]=(0,0,1), v=(t/2,0,0). Matice posunutí je Matice otáčení je Matice složeného pohybu je M=R T, tedy Sledujeme-li pohyb bodu A=(0,0,1), pak dostáváme rovnici trajektorie tohoto bodu ve tvaru X T =M A T =, kde t je z intervalu <0, 4π>. Přepíšeme-li maticový zápis do parametrických rovnic, získáme x 1 =t/2 cos t x 2 =t/2 sin t, kde t je z intervalu <0, 4π>.

Příklad 3: Určete rovnice trajektorie bodu A=[0,0], jehož pohyb je složením rotace okolo počátku o úhel t, kde t je z intervalu <0, 4π> a pohybu daného maticí T. Řešení: Zapíšeme projektivní souřadnice bodu A=[0,0]=(0,0,1). Matice otočení je Matice druhého zadaného pohybu je Matice složeného pohybu je M=R T, tedy Sledujeme-li pohyb bodu A=(0,0,1), pak dostáváme rovnici trajektorie tohoto bodu ve tvaru X T =M A T =, kde t je z intervalu <0, 4π>. Přepíšeme-li maticový zápis do parametrických rovnic, získáme x 1 =t cos t 2 -t sin t 2 x 2 =2t sin t cos t, kde t je z intervalu <0, 4π>. Po vykreslení získáme jasnější představu o této křivce, jde opět o spirálu, která ovšem v daném intervalu má více oblouků, protože v matici T je ukrytý nejen posuv, ale i otáčení navíc.

Příklad 4: Určete rovnice dráhy bodu A, který vykonává pohyb složený z posunutí a rotace tak, že vzniká: a) prostá cykloida, b) prodloužená cykloida. Řešení: ad a) Prostá cykloida: ad b) Prodloužená cykloida: Spojíme-li s valící se kružnicí bod, který leží vně kružnice (zvolme např. bod B=(0,-b,1), kde b>r), pak jde o rovnice prodloužené cykloidy.

Na následujícím obrázku je zobrazena prostá cykloida pro a=r=2, prodloužená cykloida pro a=3 a zkrácená pro a=1. a=3, a>r a=r=2 a=1, a<r