Hans Walser, [20190331]
Evolvente
Anregung: Hans-Peter Stricker, Berlin
Auf der Kreisevolvente (auch Kreisinvolute) werden Punkte in gleichen BogenabstŠnden gezeichnet. Je nach Abstand entstehen schšne oder regelmŠ§ige Muster.
Ebenso werden Wellenlinien (Sinuskurven) gezeichnet.
Ein Bilderbuch.
Die Abbildung 1 zeigt die Evolvente fŸr den Kreis mit dem Radius . Dieser Kreis (blau in Abb. 1) hat den Umfang 1.
Abb. 1: Kreisevolvente
Diese Kreisevolvente hat die Parameterdarstellung:
(1)
Sie hat das recht einfache Bogenelement:
(2)
FŸr die Berechnung der BogenlŠnge von 0 bis zum Parameterwert t gilt daher:
(3)
Wir zeichnen nun Punkte im Bogenabstand (das hei§t auf der Evolvente gemessen) a. Der Parameter fŸr den n-ten Punkt erhalten wir aus (3):
(4)
FŸr verschiedene Werte von a ergeben sich ãschšneÒ oder regelmŠ§ige Muster.
Abb. 2.1: a = 1
Abb. 2.2: a = 2
Abb. 2.3: a = 3
Abb. 2.4: a = 4
Abb. 2.5: a = ¹/2
Abb. 2.6: a = ¹/3
Abb. 2.7: a = 2*¹/3
Abb. 2.8: a = ¹
Abb. 2.9: a = 2¹
Abb. 2.10: a = 3¹
In der Abbildung 3 ist der Evolvente eine Sinuslinie mit der Frequenz f = 1 aufmoduliert. Die Wellenlinie w hat mit der Frequenz f die Parameterdarstellung:
(5)
FŸr verschiedene Werte von f ergeben sich ãschšneÒ oder regelmŠ§ige Muster.
Abb. 3: Wellenlinie. Frequenz 1
In den folgenden Abbildungen wird die Frequenz variiert. Die Evolvente ist jeweils nicht mehr gezeichnet.
Abb. 4.1: Frequenz 0.03
Abb. 4.2: Frequenz 1/2
Abb. 4.3: Frequenz 0.95
Abb. 4.4: Frequenz 0.97
Abb. 4.5: Frequenz 1
Abb. 4.6: Frequenz 1.45
Abb. 4.7: Frequenz 1.53
Abb. 4.8: Frequenz ¹/2
Abb. 4.9: Frequenz 1.95
Abb. 4.10: Frequenz 2
Abb. 4.11: Frequenz 2.03
Abb. 4.12: Frequenz 5/2
Abb. 4.13: Frequenz 3
Die in der Abbildung 5 blau angegebenen Geraden sind parallel. Der Parameter t ist also auch der Steigungswinkel der zugehšrigen Tangenten (modulo 2¹). Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tangenten ist konstant 2r¹. Die Evolvente ist also Ÿberall gleich ãdickÒ.
Abb. 5: Parallelen
Damit wird es sehr einfach, die Evolvente mit Rechtecken zu versehen, die sich an der jeweiligen Evolventen-Richtung orientieren. FŸr die Rechtecke verwenden wir die LŠnge a und die Breite 1.
Die Abbildung 6 zeigt die Situation fŸr Quadrate, also a = 1. Die Quadrate sind von Innen nach au§en nummeriert.
Abb. 6: Quadrate
Die Abbildung 7 zeigt die Situation fŸr a = 3.
Abb. 7: a = 3
Die Abbildung 8 zeigt dasselbe mit den alternierenden Farben rot und blau.
Abb. 8: Alternierende Farben
In der Abbildung 9 wurde a = ¹ gewŠhlt.
Abb. 9: a = ¹
Die Abbildung 10 zeigt dasselbe in alternierenden Farben.
Abb. 10: Alternierende Farben
Abb. 11: Ohne Kommentar