Gleichdicks | |
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"Gleichdicks", interessante mathematische Figuren Gleichdicks sind so etwas wie kleine mathematische Wunder, die Spaß machen. Der Spaß beginnt schon bei dem originellen Namen. Der Mathematiker spricht auch nicht vom Gleichdick, sondern meist von einer "Kurve konstanter Breite". Sie haben eine Eigenschaft mit dem Kreis gemeinsam: Wenn man sie zwischen zwei parallele Geraden einspannt, haben diese immer den gleichen Abstand, unabhängig davon, in welcher Lage das "Gleichdick" dazwischen liegt. Das einfachste und spektakulärste Gleichdick ist das Reuleaux-Dreieck, das nach dem deutschen Mathematiker Franz Reuleaux (1829-1905) benannt ist. Wie ein solches Reuleaux-Dreieck aussieht habt ihr nun sicherlich schon Anhand der Aufgaben kennengelernt. Im Folgenden findet ihr einen kurzen Überblick, wo wir auf "Gleichdicks" im Alltag stoßen bzw. wo sie Anwendung findet:Münzen: (z.B. die englischen 20- und 50-Pence-Stücke, mit der Form eines siebeneckigen Reuleaux-Polygons ohne Ecken oder auch die 5 Euro Münze, mit der Form eines neuneckigen Reuleaux-Polygons ohne Ecken) Neben der schönen und originellen Form gibt es weitere Vorteile: - Die Münze passt in jeder Lage in den Schlitz eines Automaten - Der Materialverbrauch ist geringer als bei gleich großen kreisförmigen Münzen - Die Münze ist auffällig und für Blinde leicht zu ertasten Knöpfe: Ein Gleichdick erfüllt auch die Bedingung in jeder Richtung stets genau durch ein Knopfloch zu passen. Kanaldeckel: Kanaldeckel sind meist rund, damit sie nicht - schräg aufgesetzt - in das Loch fallen können. Ein Reuleaux-Polygon erfüllt diese Bedingung bei geringerem Materialaufwand (leichter und billiger) und kann zusätzlich nicht so leicht davon rollen. Bohrer: Ein Gleichdick kann zum Bohren von "eckigen" Löchern genutzt werden. Der britische Ingenieur Harry James Watt erfand 1914 einen Bohrer à la Reuleaux-Dreieck, der beinahe viereckige Löcher erzeugt. Nachdem Stützgeraden, welche ein Gleichdick in beliebiger Richtung berühren, immer den selben Abstand voneinander haben, lässt sich ein Gleichdick auch in jeder Position in ein Quadrat einschreiben. Dreht man ein Reuleaux-Dreieck im Quadrat, so beschreibt der Mittelpunkt einen fast kreisförmigen Pfad (eine Kurve bestehend aus vier Ellipsen-Stücken), und das Reuleaux-Polygon überstreicht fast das ganze Quadrat. Formt man die Reuleaux-Dreieckspitzen zu Bohrerschneiden um und lässt das Ganze sinnvoll elliptisch wackeln, können also nahezu quadratische Löcher gebohrt werden. Wankelmotor Dem deutschen Ingenieur Felix Wankel (1902-1988) war es 1954 gelungen, die Idee des Drehkolbenmotors in einen brauchbaren Motor umzusetzen. Er hat nur zwei bewegliche Teile, den Kreiskolben und die Exzenterwelle (keine Ventile und deren komplizierte Ansteuerung), die Anzahl der Bauteile ist gering. Leider ist die Abdichtung der drei rotierenden Volumina außerordentlich problematisch und aufwendig, der Kraftstoffverbrauch ist hoch bei hohen Wärmeverlusten und großer Emission gesundheitsschädigender Kohlenwasserstoffe. Dies bedeutet das "Aus" dieses reizvollen Motors. Allerdings: Im Gegensatz zu Hubkolbenmotoren ist der Wankelmotor sehr gut für Wasserstoff als Brennstoff geeignet, da der Einlassbereich des Kreiskolbenmotors "kalt" ist, während bei einem Hubkolbenmotor die Ventile sehr heiß werden und der Wasserstoff sich dort selbst entzündet. Wer mehr zum theoretischen Ansatz erfahren möchte, schaut sich einfach mal folgende Seiten an: http://mathematische-basteleien.de/gleichdick.htm http://www.wundersamessammelsurium.info/mathematisches/reuleaux/index.html http://fachschaften.kst.ch/mathematik/gleichdick/index.html http://upper.us.edu/faculty/smith/reuleaux.htm |