关于惠更斯原理图画法的一点补充

文摘   2024-09-29 00:18   广东  

在上文《怎样优雅地画驻波模型图和惠更斯原理图?》(以下简称原文)中,通过基于mod函数构造的周期函数,给出了一种绘制惠更斯原理图的简单方法。

原文发布后,自我感觉有两个地方不够完美,故作补充说明。

第一,构造周期函数后,自变量任意偏移后的图像画法,原文没有给出。

例如半圆函数,其周期函数为: 若要向右偏移  ,只需要在  后减  即可,即例如下面是周期函数(红色线),以及分别偏移5,10和15后的3个函数,画在一起的效果图。

第二,原文中,惠更斯原理图没有采用流行的画法。

具体讲就是小球面波相互交错。相邻小圆不是相切,而是过彼此的圆心,如下图所示。

其实这一点很容易做到,只要再加一个偏移半个周期的图像即可。

例如,对原文中半径为  的半圆,构造周期为  函数为 

它偏移半个周期的函数为 它们分别移植到半径为100的球面上后,得到的绘图函数分别为 两个图画在一起,效果如下

加上内外两个大圆,就是流行的惠更斯原理图的画法,即

但需要指出的是:这种画法并不是必须的!

有人认为这样画法才能保证包络线是圆,这种理解是不对的!

因为,无论交错的圆多么密集,只要不是无限密,它们的包络线就不可能是完美圆形!

例如,上面的周期函数  的图像,得到的图形如下

图像并非水平直线!这说明 所以,惠更斯原理图的行画法中,的包络线圆形!

既然如此,交错圆的画法并无必要。

因此,原文中中对惠更斯原理图的如下画法,虽不流行,但并无不妥。

再顺便看看,有没有周期函数,它移植到圆上后,能通过有限的偏移函数相加后得到完美圆形?

第一个例子,方波周期函数,即 

它的图像为

显然 所以,此函数移植到圆上之后,与偏移半个周期的函数叠加后,图像是圆形。

第二个例子, 函数 和  ,由于满足 

当移植到圆上后,它们分别与偏移半个周期的函数叠加后的图像,也是圆形。 

除此之外,还有没有什么周期函数,能通过与有限的偏移函数相加得到常数?

留给读者思考。


END


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物含妙理
境自远尘皆入咏,物含妙理总堪寻。
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