Ундулоид

Ундулоид.

Ундулоид — пример поверхности с постоянной средней кривизной. Является поверхностью вращения траектории фокуса эллипса при катании его по прямой.

История

В 1841 году Шарль Делоне доказал, что единственными поверхностями с постоянной средней кривизной были поверхности, полученные катанием коник. Это плоскость, цилиндр, сфера, катеноид, ундулоид и нодоид.

Параметризация

Пусть $\operatorname {sn} (u,k)$ обозначает нормальную функцию синуса Якоби, а $\operatorname {dn} (u,k)$ — нормальная эллиптическая функция Якоби. Далее, пусть $\operatorname {F} (z,k)$ представляют собой нормальный эллиптический интеграл первого рода и $\operatorname {E} (z,k)$ представляют собой нормальный эллиптический интеграл второго рода. Пусть a — длина большой оси эллипса, а e — эксцентриситет эллипса. Пусть k будет фиксированным значением от 0 до 1, называемым модулем.

Тогда эллиптическая цепная линия описывается параметрическими уравнениями

$x(u)=-a\cdot (1-e)\cdot (\operatorname {F} (\operatorname {sn} (u,k),k)+\operatorname {F} (1,k))-a\cdot (1+e)\cdot (\operatorname {E} (\operatorname {sn} (u,k),k)+\operatorname {E} (1,k))\,$

$y(u)=a\cdot (1+e)\cdot \operatorname {dn} (u,k)\,$

А значит её поверхность вращения может быть параметризована следующим образом:

$(x(u),y(u)\cdot \cos v,y(u)\cdot \sin v)$

Возникновение в материаловедении

Есть несколько примеров появления ундулоидов в природе.

Впервый такой прмер задокументирован в 1970 году. При прохождении сильного электрического тока через тонкую (0,16–1,0 мм) горизонтально установленную жестко вытянутую (не закаленную) серебряную проволоку приводит к образованию ундулоидов по ее длине. Позже было обнаружено, что это же явление наблюдается и на молибденовой проволоке.

Ундулоиды также были обнаружены в феррожидкостях. Пропуская ток в осевом направлении через цилиндр, покрытый пленкой вязкой магнитной жидкости, магнитные диполи жидкости взаимодействуют с магнитным полем тока, создавая узор капель по длине цилиндра.

Ссылки

• Ундулоид // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.