Построение эллипса

Материал из Викиучебника — открытых книг для открытого мира
Перейти к навигации Перейти к поиску

ПРИБЛИЖЕННОЕ ПОСТРОЕНИЕ ЭЛЛИПСА (точное невозможно при помощи циркуля и линейки)

Пусть даны две взаимноперпендикулярные прямые (оси будущего эллипса) и два отрезка длиной a (большая полуось) и b (малая полуось). Точку пересечения прямых обозначим как O, это центр эллипса.

С помощью циркуля[править]

  1. Раствором циркуля, равным a, с центром в точке O отметим на одной из прямых точки P1 и Р2, а на второй прямой раствором, равным b — точки Q1 и Q2. Полученные точки являются вершинами эллипса, а отрезки P1Р2 и Q1Q2 — его большая и малая оси, соответственно.
  2. Раствором циркуля, равным a, с центром в точке Q1 (или Q2) отметим на отрезке P1Р2 точки F1 и F2. Полученные точки являются фокусами эллипса.
  3. На отрезке P1Р2 выберем произвольную точку T. Затем с помощью циркуля начертим две окружности: первую — радиуса, равным длине отрезка TP1, с центром в точке F1 и вторую радуса, равным длине отрезка TP2, с центром в точке F2. Точки пересечения этих окружностей принадлежат искомому эллипсу, так как сумма расстояний из обоих фокусов равна длине большой оси 2a.
  4. Повторяя необходимое число раз шаги предыдущего пункта, получим искомый эллипс.

С помощью циркуля и линейки[править]

  1. Раствором циркуля, равным a, с центром в точке O отметим на одной из прямой точки P1 и Р2, а на второй прямой раствором, равным b — точки Q1 и Q2. Полученные точки являются вершинами эллипса, а отрезки P1Р2 и Q1Q2 — его большая и малая оси, соответственно.
  2. С помощью линейки проводим через точку O произвольную наклонную линию. Затем раствором циркуля, равным а, с центром в точке O отмечаем на ней точку S, а раствором, равным b — точку R.
  3. Затем из точки S опускаем перепендикуляр на прямую P1Р2. Для этого произвольным раствором циркуля (но бо́льшим, чем расстояние от точки до прямой), с центром в точке S отмечаем на отрезке P1Р2 две точки, переносим в них циркуль и отмечаем тем же радиусом точку персечения окружностей S'. Затем с помощью линейки соединяем точки S и S', это и есть искомый перпендикуляр.
  4. Аналогичным способом опускаем перепендикуляр из точки R на прямую Q1Q2.
  5. Точка пересечения построенных перпендикуляров принадлежит эллипсу.
  6. Повторяя необходимое число раз шаги четырёх предыдущих пунктов, получим искомый эллипс.

С помощью двух иголок и нитки[править]

В 2-х чёрных фокусах — 2 иголки, соединённые нитью. В красной точке — карандаш, который натягивает нить

Ссылка на видео для этого способа

Примем, что

  • AA1 = 2a — это большая ось эллипса,
  • BB1 = 2b — это малая ось эллипса,
  • Точки F и F1 — фокусы эллипса. Фокусы лежат на прямой AA1 на расстоянии a от точки B. Расстояние между фокусами FF1 равно

Этот способ основан на определении (фокальном свойстве) эллипса: эллипс — геометрическое место точек, сумма расстояний от каждой из которых до фокусов постоянна и равна 2a.

Для этого способа лист бумаги нужно приколоть к чертёжной доске.

1. В точки фокусов эллипса F и F1 втыкаются две иголки (иглы́, булавки, кнопки, тонких гво́здика…)

2. К этим двум иголкам привязываются (у са́мой поверхности бумаги) концы нити длиной 2a — нужно, чтобы между иголками F и F1 было 2a длины нити. Это удобно осуществить так:

  1. Берётся нитка длиной в несколько раз больше 2a.
  2. Один из концов нити привязывается к иголке F.
  3. В точку B втыкается третья иголка.
  4. Нить кладётся на лист дальше иголки B от прямой FF1, один раз (один виток) оборачивается вокруг иголки F1 (так что может скользить по ней), затем, держа нить левой рукой за свободный конец, её натягивают вдоль ломанной FBF1.
  5. Свободный конец нити зажимается в кулаке левой руки, и кулак прижимают к листу бумаги в стороне от будущего эллипса — так, чтобы кулак (и нить) не перемещались ни в направлении к точке F1 ни в направлении прочь от неё. Кулак держать так (зафиксированным) до тех пор, пока эллипс не будет построен. Вместо удерживания конца нити рукой, можно привязать конец нити к четвёртой иголке или кнопке, и, натянув нить, воткнуть эту иголку/кнопку в стороне от будущего эллипса.
  6. Выдёргиваем (удаляем) иголку B (нить при этом утрачивает натяжение).
  • Примечание: Вместо точки B третью иголку можно было воткнуть в точку A.

3. Грифелем карандаша оттягиваем участок нити между иголками F и F1 в сторону от прямой AA1, натягивая нить.

4. Оттягивающий нить грифель карандаша прижимаем к бумаге и, скользя грифелем по натянутой нити от точки A до точки A1, рисуем половину эллипса, лежащую по одну сторону от прямой AA1.

5. Располагаем грифель карандаша по другую сторону от нити, оттягиваем нить в другую сторону от прямой AA1 и, так же как первую, рисуем вторую половину эллипса.

Чтобы нить не спадала вниз с грифеля карандаша, на лист бумаги под нить можно подложить шайбу от резьбового соединения (шайбу подходящей толщины) и оттягивающим нить грифелем касаться бумаги внутри отверстия шайбы — чтобы во время рисования эллипса натянутая нить лежала на шайбе (грифель будет перемещать шайбу по бумаге и вдоль нити).

Усовершенствование способа[править]

Можно не привязывать нить ни к одной из иголок и нарисовать эллипс одним движением карандаша, а не двумя:

  1. Так же втыкаем три иголки — в точки F, F1 и B.
  2. Треугольник FF1B окружаем и обтягиваем нитью, и связываем концы натянутой нити — получается кольцо из нити. Длина кольца равна периметру треугольника FF1B.
  3. Выдёргиваем (удаляем) иголку B (кольцо из нити при этом утрачивает натяжение).
  4. Поместив грифель карандаша внутри кольца из нити, оттягиваем грифелем нить в сторону от прямой FF1, натягивая нить. Затем, удерживая нить натянутой, прижимаем грифель к бумаге и, скользя грифелем по натянутой нити вокруг отрезка FF1, рисуем эллипс не двумя движениями руки с карандашом, а одним (круговым).
  • Примечание: Опять-таки, вместо точки B третью иголку можно было воткнуть в точку A.

С помощью эллипсографа[править]

Эллипсограф в действии.

В Википедии есть статья «Эллипсограф».

Эллипсограф состоит из двух ползунов, которые могут двигаться по двум перпендикулярным канавкам или направляющим. Ползуны прикреплены к стержню посредством шарниров, и находятся на фиксированном расстоянии друг от друга вдоль стержня. Ползуны движутся вперёд и назад — каждый по своей канавке, — и конец стержня описывает эллипс на плоскости.

Полуоси эллипса a и b представляют собой расстояния от конца стержня до шарниров на ползунах. Обычно расстояния a и b можно варьировать, и тем самым менять форму и размеры вычерчиваемого эллипса.