Кіріспе

Архимед спиралі (арифметикалық спираль деп те аталады) – б.з.б. 3 ғасырдағы грек математигі Архимедтің есімімен аталған спираль. Ол, тұрақты бұрыштық жылдамдықпен айналатын түзу бойымен, белгілі бір нүктеден тұрақты жылдамдықпен алыстайтын нүктенің уақыт өте келе атқанатын қозғалысының траекториясы болып табылады. Балама ретінде, полярлық координаттарда (r, θ) оны нақты сан b арқылы берілетін теңдеумен сипаттауға болады. b параметрін өзгерту орамдар арасындағы қашықтықты реттейді. Аталған теңдеуден бөлшектің бастапқы нүктеден арақашықтығы уақыт өте келе θ бұрышына пропорционалды екенін айтуға болады. Архимед осындай спиральды "Спиральдар туралы" кітабында сипаттаған. Самостық Конон оның досы болған, ал Папп осы спиральды Конон ашқандығын мәлімдейді.

Сипаттамалары

Архимед спиралінің қасиеті – кез келген сәуле бастапқы нүктеден спиральдің кезекті айналымдарын тұрақты арақашықтықпен (θ радианмен өлшенгенде 2π-ға тең) кесіп өтеді, сондықтан ол "арифметикалық спираль" деп аталады. Логарифмдік спиральде бұған керісінше, осы қашықтықтар, сондай-ақ кесісу нүктелерінің бастапқы нүктеден өлшенген қашықтықтары геометриялық прогрессия құрайды. Архимед спиралы екі қолға ие: біреуі θ > 0 үшін, екіншісі θ < 0 үшін. Екі қол бастапқы нүктеде біркелкі байланысқан. Қоса берілген графикте тек бір қол көрсетілген. Бұл қолдың y осьіне қарапайым көрінісін жасасаңыз, екінші қолды аласыз. θ-ның үлкен мәндері үшін нүкте Архимед спиралі бойымен шамамен біркелкі үдеумен қозғалады, ал спираль тұрақты бұрыштық жылдамдықпен айналатын түзу бойымен тұрақты жылдамдықпен қозғалатын және белгілі бір нүктеден алыстайтын нүктенің уақыт бойынша орналасуына сәйкес келеді (Михаил Гайченковтың үлесін қараңыз). Архимед спиралі өскен сайын, оның эволюциясы радиусы бар шеңберге асимптотикалық жақымдасады.

Қолданбалар

Архимедтің арқасында шеңберді шаршылаудың бір әдісі Архимед спиралін пайдаланады. Архимед спиральді бұрыштарды үш бөлікке бөлу үшін қалай қолдануға болатынын да көрсетті. Екі тәсіл де ежелгі грек геометриялық дәлелдемелерінде тура сызық пен компасты пайдаланудағы дәстүрлі шектеулерді жеңілдетеді. Архимед спиралінің нақты әлемде көптеген қолданыс орындары бар. Газдарды сығыстыруға қолданылатын спиральды компрессорларда екі араласып жатқан Архимед спиралінен, бірдей өлшемдегі шеңбердің инволюталарынан немесе гибридтік қисықтардан жасалған роторлар қолданылады. Архимед спиральдерін кең жиілік диапазонында жұмыс істейтін спиральді антенналарда табуға болады. Сағаттардың тепе-теңдік серіппелері мен ең алғашқы граммофондық пластинкалардың жолақтары Архимед спиралі түрінде болады, бұл жолақтардың бір-бірінен тең арақашықтықта орналасуын қамтамасыз етеді (бірақ кейінірек пластинкаға көбірек музыка жазу үшін өзгермелі жолақ аралығы енгізілді). Пациенттен Архимед спиралін салуды сұрау – адамның дірілінің мөлшерін анықтаудың бір жолы; бұл ақпарат неврологиялық ауруларды диагностикалауға көмектеседі. Архимед спиральдары сонымен қатар цифрлық жарық проекциясы (DLP) жүйелерінде «көліктік эффектіні» азайту үшін қолданылады, нәтижесінде қызыл, жасыл және көк түстер өте жылдам ауысып тұрған кезде бірнеше түс бір уақытта көрсетілгендей көрінеді. Архимед спиральдары сонымен қатар тағам микробиологиясында спиральды табақша арқылы бактериялық концентрацияны анықтау үшін қолданылады. Олар цилиндрге оралған тұрақты қалыңдықтағы қағаз немесе таспаның түрінде пайда болатын үлгіні модельдеу үшін де қолданылады. Көптеген динамикалық спиральдар (мысалы, күннің жел спиралі немесе Екатерина доңғалағының пішіні) Архимед спиралі болып табылады. Мысалы, LL Пегаси жұлдызының шаң бұлттарында Архимед спиралі байқалады, бұл жұлдыздан шығарылған зат екені есептеледі және екі жұлдыздан тұратын жүйедегі басқа серік жұлдыздың әсерінен спиральға айналған.