Krzywa Lissajous

Doświadczenie Lissajous z kamertonami

Krzywa Lissajous, wym. [lisaʒu], figury Lissajous bądź Bowditchakrzywa parametryczna wykreślona przez punkt materialny wykonujący drgania harmoniczne w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach[1].

Dana jest wzorem:

Nazwy pochodzą od nazwisk Nathaniela Bowditcha, który opisał rodzinę tych krzywych w 1799, oraz Jules’a Antoine’a Lissajous, który badał je używając do tego drgających kamertonów z umocowanymi do nich zwierciadełkami.

Rodzaje

Kształt krzywych jest szczególnie uzależniony od współczynnika Dla współczynnika równego 1, krzywa jest elipsą, ze specjalnymi przypadkami okrąg:

(zob. pi i radian),

oraz odcinek:

Inne wartości współczynnika dają bardziej złożone krzywe, które są zamknięte, tylko gdy jest liczbą wymierną.

Występowanie

Jedną z metod uzyskiwania krzywych Lissajous jest podanie na wejścia oscyloskopu, pracującego w trybie dwóch sygnałów sinusoidalnych o częstotliwościach pozostających w stosunku Ciekawy efekt uzyskuje się również, gdy stosunek tych częstotliwości jest minimalnie różny od ilorazu dwóch niskich liczb naturalnych: dzięki płynnej zmianie fazy (parametru ) uzyskuje się iluzję trójwymiarowego obrotu krzywej. W najprostszym przypadku, gdy uzyskuje się efekt „obracającej się monety”.

Inną metodą jest wykorzystanie wahadła o specjalnej konstrukcji. Wahadło takie posiada dwie różne efektywne długości (w prostopadłych do siebie płaszczyznach), więc generuje drgania złożone[2][3].

Krzywe Lissajous są także czasem wykorzystywane w projektach graficznych jako element logo (np. w Australian Broadcasting Corporation).

Przykłady

Poniżej zamieszczono przykłady krzywych[4] Lissajous o parametrach – nieparzyste, – parzyste,

Zobacz też

Przypisy

  1. Lissajous figury, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-07-29].
  2. Marek Ples. Krzywe Lissajous – piękno drgań. „Młody Technik”. 6 (2015), s. 76–77. Warszawa: Wydawnictwo AVT. 
  3. Jan Gaj: Laboratorium Fizyczne w domu. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1985.
  4. Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье, Курс теореитической механики, Гос. Издат. Технико-теоретической литературы, Москва 1954

Bibliografia

  • Josep Sales, Francesc Banyuls: Niebezpieczne krzywe. Elipsy, hiperbole i inne geometryczne cuda. Przełożyła Hanna Jezierska. Barcelona: RBA, 2012, s. 109–112, seria: Świar jest matematyczny. ISBN 978-84-473-7545-5.

Linki zewnętrzne

  • Eric W. Weisstein, Lissajous Curve, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2020-12-12] (ang.).

Media użyte na tej stronie

Lissajous curve 3by4.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and . I created it with the following GNUplot code:

set samples 5000
set terminal svg
set output "Lissajous_curve_3by4.svg"

# plotting within a square
set size square

# remove most of information from the picture
set noxtic
set noytic
set key off

# plot
set parametric
a=3
b=4
delta=pi/2
plot [0:2*pi] sin(a*t + delta),sin(b*t) with lines linewidth 2
and then I post-processed with Inkscape
Lissajous curve 3by2.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and .
Lissajous curve 9by8.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and . I created it with the following GNUplot code:

set samples 5000
set terminal svg
set output "Lissajous_curve_9by8.svg"

# plotting within a square
set size square

# remove most of information from the picture
set noxtic
set noytic
set key off

# plot
set parametric
a=9
b=8
delta=pi/2
plot [0:2*pi] sin(a*t + delta),sin(b*t) with lines linewidth 2
and then I post-processed with Inkscape
Lissajous curve 1by2.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and . I created it with the following GNUplot code:

set samples 5000
set terminal svg
set output "Lissajous_curve_1by2.svg"
# plotting within a square
set size square

# remove most of information from the picture
set noxtic
set noytic
set key off
unset border

# plot
set parametric
a=1
b=2
delta=pi/2
plot [0:2*pi] sin(a*t + delta),sin(b*t) with lines linewidth 2
and then I post-processed with Inkscape
Urzadzenie optyczne Lissajous.png

Zestaw z kamertonami i zwierciadełkami do obserwowania krzywych Lissajous:

A - lampa
R, S - kamertony
B, C - zwierciadełka
D - promień światła rzutowany na ekran
Lissajous curve 5by4.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and . I created it with the following GNUplot code:

set samples 5000
set terminal svg
set output "Lissajous_curve_5by4.svg"

# plotting within a square
set size square

# remove most of information from the picture
set noxtic
set noytic
set key off

# plot
set parametric
a=5
b=4
delta=pi/2
plot [0:2*pi] sin(a*t + delta),sin(b*t) with lines linewidth 2
and then I post-processed with Inkscape
Lissajous curve 5by6.svg
Autor: Alessio Damato, Licencja: CC-BY-SA-3.0

A Lissajous curve, that can be expressed in parametric form as:

with , and . I created it with the following GNUplot code:

set samples 5000
set terminal svg
set output "Lissajous_curve_5by6.svg"

# plotting within a square
set size square

# remove most of information from the picture
set noxtic
set noytic
set key off

# plot
set parametric
a=5
b=6
delta=pi/2
plot [0:2*pi] sin(a*t + delta),sin(b*t) with lines linewidth 2
and then I post-processed with Inkscape