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餐桌上的直筒玻璃杯
ELLIPSE

椭圆。

水面一直是平的, 为什么水线变长了?

餐桌 / 倾斜的玻璃杯
FIG. 03 / 截面与投影GEOMETRIC MODEL
F₁F₂
x²/a² + y²/b² = 1
01 / DIAGRAMS

杯子斜了,
水面仍然水平。

把直筒透明杯稍稍倾斜。水面仍然水平,与杯壁相交的那圈水线却沿杯身拉长,成了椭圆。

ELLIPSE01 / 03
F₁F₂

两段金色线连接同一个动点,长度之和保持为长轴长度 2a。

SCROLL TO UNFOLD ↓
01 / OBSERVE

把杯子放正,水线是一圈圆。

先把透明直筒杯放在桌上。忽略杯壁附近很小的弯月面,水面是水平平面;它垂直地截过杯子的轴线,得到圆形交线。

平面 ⟂ 圆柱轴线 → 圆
02 / OBSERVE

杯子倾斜后,水线拉长了。

杯子的轴线倾斜了,水面依然保持水平。沿倾斜方向,平面要跨过更长的距离才能穿过圆柱。正对水面所在的平面看这条交线,就是椭圆。

正圆柱的斜平面截面 → 椭圆
03 / OBSERVE

用两个焦点,也能画出它。

椭圆上的点到两个焦点的距离之和相同。用一圈绳子、两根图钉和一支笔就能试:绳子套住图钉和笔尖,保持绷紧,笔尖走出的便是椭圆。

PF₁ + PF₂ = 2a
02 / YOUR TURN

把椭圆压扁一点。

调小短轴与长轴之比,留意两个焦点的位置。打开焦点连线再播放:亮点走一圈,两段距离的和不变。

LIVE GEOMETRY / ELLIPSE03 / 09
F₁F₂
x²/a² + y²/b² = 1
03 / TRY IT OFFSCREEN

倒半杯水,
稍稍倾斜。

TRY THIS / 实物试一试

倾斜的玻璃杯

在杯外贴一小片可移除胶带,标出水线位置,再把杯子放正。倾角越大,水线沿杯身跨越的高度越大。

MODEL / 模型的适用条件

杯壁需近似正圆柱;忽略杯壁附近的弯月面。眼睛看到的图形还受透视影响;圆锥光斑只有在截面闭合时才是椭圆。

参考资料:椭圆 ↗
ELLIPSE / 03

倾斜的是杯子。水平的水面,在杯壁上留下一圈椭圆。

放在一起看 / ANOTHER CONNECTION正弦曲线纸筒上的斜切口,摊开是一条波浪线。