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← 日常曲线 / ALL CURVES展开与周期FIELD NOTE 05 / 09
一张卷起又摊开的纸
SINE WAVE

正弦曲线。

同一个斜切口, 展开怎么成了波?

书桌 / 展开的纸筒
FIG. 05 / 展开与周期GEOMETRIC MODEL
ROTATEUNROLL
z = z₀ + R tan(α) cos(s/R)
01 / DIAGRAMS

圆筒上的一圈,
纸面上的一个周期。

纸卷成圆筒,斜着截出一个平面切口,再展开。原本绕在筒身上的高低起伏,现在排成了一段正弦形曲线。

SINE WAVE01 / 03
ROTATEUNROLL

圆周上点的竖直坐标随角度变化;投影线把旋转和波形连接起来。

SCROLL TO UNFOLD ↓
01 / OBSERVE

卷成一个圆筒。

先把纸卷成圆筒。纸上的横向距离现在对应绕圆筒走过的角度。走完一圈,恰好回到起点。

s = Rθ
02 / OBSERVE

让一个斜平面穿过它。

斜平面在圆筒两侧分别达到最高与最低处。圆筒上一点的横坐标是 R cos θ,所以平面的截取高度,也随着 cos θ 改变。

z = z₀ + R tan α · cos θ
03 / OBSERVE

摊开后,横向距离代替了角度。

把纸摊平,沿切口看过去:高度从最高处逐渐降到最低处,再升回来。按上面的坐标选择,得到的是余弦曲线;横向平移四分之一周期,就是正弦曲线。

z = z₀ + R tan α · cos(s/R)
02 / YOUR TURN

看圆上的点怎样画出波形。

打开圆周投影,对照左右两个亮点的高度。调大波幅,圆的半径和波峰高度会一起增加。

LIVE GEOMETRY / SINE WAVE05 / 09
ROTATEUNROLL
z = z₀ + R tan(α) cos(s/R)
03 / TRY IT OFFSCREEN

描一圈水线,
再把纸摊平。

TRY THIS / 实物试一试

展开的纸筒

找一个直筒透明杯,倒入一些水并保持倾斜。用可擦笔在外壁描出水线,再用薄纸贴着杯壁描下来。把纸摊平,看看一整圈里有几个波峰、几个波谷。

MODEL / 模型的适用条件

纸筒需要是正圆柱,截面需要是平面。一整圈对应一个周期;图中画了两个周期,方便观察重复。

参考资料:正弦曲线 ↗
SINE WAVE / 05

纸重新摊平,切口的高低却留了下来。

放在一起看 / ANOTHER CONNECTION椭圆水面还是平的,水线却变了。