§ 75. Архимедова спираль
1. Определение. Пусть прямая
(рис. 105), исходя из начального положения
равномерно вращается около неподвижной точки О, а точка
исходя из начального положения О, равномерно движется вдоль
Линия, описываемая точкой
называется архимедовой спиралью — в честь великого древнегреческого ученого Архимеда (3 в. до н. э.), впервые изучившего эту линию.
Рис. 104
Рис. 105
Замечание. Входящие в определение кинематические понятия можно устранить, заменив их условием — чтобы расстояние
было пропорционально углу поворота
прямой
.
Повороту прямой
из любого ее положения на данный угол соответствует одно и то же приращение расстояния
. В частности, полному обороту соответствует одно и то же смешение
Отрезок а называется шагом архимедовой спирали.
Данному шагу а соответствуют две архимедовы спирали, различающиеся друг от друга направлением вращения прямой
При вращении против часовой стрелки получается правая спираль (рис. 106, жирная линия); при вращении по часовой стрелке — левая (рис. 106, штриховая линия).
Правую и левую спирали с одним и тем же шагом можно совместить, но для этого надо у одной из них лицевую сторону сделать оборотной.
Как видно из рис. 106, правую и левую спирали одного и того же шага можно рассматривать как две ветви линии, описываемой точкой
когда последняя пробегает всю прямую
проходя точку О попутно.
2. Полярное уравнение (О — полюс; направление полярной оси ОХ совпадает с направлением движения точки
когда она проходит через точку
; а — шаг спирали):
Положительным значениям
соответствует правая ветвь; отрицательным значениям — левая. Уравнение (1) можно записать в виде
Рис. 106