Олоид

Два оди­на­ко­вых круга, встав­лен­ные друг в друга под прямым углом, — очень про­стая кон­струкция. Но её выпук­лая обо­лочка — олоид — обла­дает несколькими занима­тель­ными свойствами.

Соеди­ним два оди­на­ко­вых круга так, чтобы они были перпен­ди­ку­лярны друг другу, а гра­ница каж­дого про­хо­дила через центр другого.

Перпендикулярные круги: основа олоида
Перпендикулярные круги: основа олоида

Если такую кон­струкцию кат­нуть по столу, то она будет ехать «по прямой», пока­чи­ва­ясь из сто­роны в сто­рону. При этом точки каса­ния кругов со сто­лом будут остав­лять на его поверх­но­сти изви­ли­стые следы.

Перпендикулярные круги: основа олоида
Перпендикулярные круги: основа олоида

Олоид — это выпук­лая обо­лочка двух таких кругов, то есть наименьшее выпук­лое тело, содержащее их. На его поверх­но­сти лежат по две трети каж­дой из исход­ных окруж­но­стей — дуги по $240^\circ$. При каче­нии без про­скаль­зы­ва­ния олоид повто­ряет движе­ние кон­струкции из двух кругов.

Олоид
Олоид

Неко­то­рые инте­рес­ные свойства оло­ида

  • При каче­нии олоид каса­ется плос­ко­сти по отрезку — одной из обра­зующих его поверх­но­сти. За пол­ный цикл каче­ния каж­дая точка поверх­но­сти хотя бы раз каса­ется плос­ко­сти.
  • Олоид — раз­вёр­ты­ва­емая фигура: его раз­вёртку можно положить на плос­кость без рас­тяже­ний и сжа­тий. Поэтому модель оло­ида можно скле­ить из плос­кой бумаж­ной раз­вёртки, кото­рую легко найти в интер­нете.
  • Площадь поверх­но­сти оло­ида равна $S=4\pi R^2$, где $R$ — радиус исход­ных кругов. Эта формула узна­ва­ема как площадь сферы, при этом объём оло­ида меньше 3/4 соот­вет­ствующего шара. Другая трак­товка формулы: площадь обо­лочки оло­ида равна суммар­ной площади обеих сто­рон двух исход­ных дис­ков.
  • В олоид можно впи­сать эллип­соид враще­ния, кото­рый, двига­ясь вме­сте с оло­и­дом, будет всё время касаться опор­ной плос­ко­сти. Фокусы этого эллип­со­ида рас­по­ложены в цен­трах окруж­но­стей, а полу­оси равны $a=\frac{\sqrt{3}}{2}R$, $b=c=\frac{R}{\sqrt{2}}$.