Historia powstawania modeli
W trakcie pocz±tkowych poszukiwañ na temat ró¿nych konstrukcji kul, oczywi¶cie otar³em siê o temat kopu³ geodezyjnych i systemie opartym o trójk±ty i obliczenia Fullera. Ale mnie po g³owie chodzi³o co¶ aby zrobiæ to za pomoc± najlepiej jednego kszta³tu. Jednego elementu konstrukcyjnego oczywi¶cie u¿ytego w odpowiedniej ilo¶ci sztuk. A nie jak jest np w konstrukcjach Fullera V6 u¿ytych jest chyba 7 ró¿nych d³ugo¶ci prêtów, belek lub innych elementów dystansowych. Z reszt± ten wzór, kszta³t obraz konstrukcji jaki siê tworzy na powierzchni sfery opartej na trójk±tach jako¶ do mnie nie trafia³. Jest taki jakby trochê krzywy, nie³adny, nieproporcjonalny. My¶la³em o czym¶ jednorodnym jak np plaster miodu itp o mniejszej i tak¿e jednorodnej strukturze. Chcia³em znale¼æ taki kszta³t, tak± jakby uniwersaln± "ceg³ê" o takim w³a¶nie kszta³cie aby mo¿na z niej by³o bez problemu utworzyæ powierzchniê sfery. Ale to nie by³o i chyba nie jest takie proste :)
Zaczê³o siê od pi³ki biedronówki :)
No mo¿e jeszcze wcze¶niej od jakiej¶ ma³ej bombki styropianowej, na której pokre¶li³em sobie trochê prostych, ³uków, ale dupa z tego wysz³a :)
*** Obraz bombki, jak zd±¿ê umie¶ciæ :).
Kupi³em wiêc w sklepie najtañsz± biedronówkê. Mazak do rêki i wysz³o co¶ takiego:
*** Pi³ka
Piêciok±tne kszta³ty uzna³em za otwory okienne do których dopasowana bêdzie odpowiednia rama okna. Najbardziej odpowiednia to chyba okr±g³a. Wysz³a wiêc konstrukcja z 5-cioma du¿ymi oknami i 6-stym oknem, ¶wietlikiem w dachu, na górze. Konstrukcjê opar³em na sze¶ciok±tach które podzieli³em na mniejsze trójk±ty jakby mog³o siê wydawaæ równoboczne. Ogólnie teoretycznie powinno byæ ok. Wygl±da³o na to, ¿e powinno daæ siê zrobiæ. Wiêc do dzie³a. Na wzorze opartym na pi³ce zacz±³em tworzyæ model. Zastanawia³em siê z czego najszybciej i najpro¶ciej go wykonaæ. Pad³o na paski blachy dziurkowanej. Z tym, ¿e nie by³a ona tania. Kupi³em wiêc tak¿e pasek blachy aluminiowej która by³a du¿o tañsza o podobnej szeroko¶ci co dziurkowana. Najd³u¿sze odcinki robi³em z blachy aluminiowej przyk³adaj±c blachê dziurkowan± jako wzorzec i nawiercaj±c j± co 6-ty otwór. Z krótszymi siê nie bawi³em i poci±³em dziurkowan±. Okre¶li³em ile jest pasków poszczególnych d³ugo¶ci i takie zosta³y prze ze mnie przygotowane. ¦rubki M4 z nakrêtkami i do dzie³a. Monta¿ konstrukcji i oto rezultat :)
*** Model z pasków blachy dziurkowanej.
Wzi±³em ten model kiedy¶ na spotkanie osób, zwolenników Okr±g³ego Miasteczka którym tak¿e jestem i którzy tak¿e s± zwolennikami domów kopu³owych ale i nie tylko. (www.okraglemiasteczko.net). Dyskutowa³em z zapoznanym tam projektantem który widzia³ model a z drugiej strony mówi³, ¿e uzyskanie kszta³tu sfery kuli z równobocznych trójk±tów jest niemo¿liwe. Teoretycznie analizuj±c sze¶ciok±t foremny podzielony na trójk±ty równoboczne jest on mo¿liwy tylko i wy³±cznie na p³askiej równej p³aszczy¼nie a nie na zakrzywionej (kulistej, sferycznej) powierzchni. Zonk, niby konflikt teoretyczny ale w praktyce odleg³o¶ci pomiêdzy wszystkimi otworami w paskach blachy mojego modelu s± jednakowe. No i uda³o siê to bezproblemowo poskrêcaæ. Minimalnie czasami trzeba by³o lekko co¶, tzn otwory ze sob± doci±gn±æ. Ale nie sprawia³o to wiêkszej trudno¶ci, da³o siê.
Oczywi¶cie powsta³o co¶ co trochê odbiega od kszta³tu idealnej powierzchni kuli (pó³kuli). Zauwa¿yæ mo¿na w pewnych obszarach jakby zagiête p³aszczyzny. Ale my¶lê, ¿e efekt jest zadowalaj±cy i co najwa¿niejsze, co chcia³em osi±gn±æ, ¿e jest mo¿na powiedzieæ stworzony z tych samych odcinków lub co za tym idzie jednakowych trójk±tów. A czy to bêdzie tylko zbli¿ony kszta³t do kuli, a nie idealny w czym¶ przeszkadza ? :)
Kolejnym etapem by³o szukanie uniwersalnego prostego ³±cznika tych równych odcinków konstrukcji którymi mog³y by byæ jakiej¶ rurki, belki czy inne profile itp. Jednym ze znalezionych pomys³ów w sieci by³o ³±czenie rurek za pomoc± pier¶cieni wyciêtych z innej rury o wiêkszej ¶rednicy i po prostu zblokowania ich za pomoc± zwyk³ych opasek zaciskowych.
*** rysunek, obrazek takiego po³±czenia zaczerpniêty z internetu wraz z odno¶nikiem do ¼ród³a
Wtedy dosta³em ol¶nienia, ...... eureka :) , ¿arówka w mojej g³owie siê mocno zapali³a :) :)
Aby stworzyæ model, konstrukcjê gdzie podstawowym elementem nie bêd± belki, rurki tworz±ce trójk±ty lub same du¿e trójk±ty ale w³a¶nie same du¿e okrêgi po³±czone ze sob± brzegami.
Tzn. w stosunku do mojego modelu opartego na paskach blachy dziurkowanej miejsca po³±czeñ tamtego modelu mia³yby staæ siê ¶rodkami okrêgów o ¶rednicy równej d³ugo¶ci boku tamtego równobocznego trójk±ta.
*** tu mo¿e zamieszczê w przysz³o¶ci rysunek lub najlepiej animacjê z³apania tej koncepcji przej¶cia z jednego rodzaju modelu na drugi.
Zastanawia³em siê co z tego wyjdzie. Nie czekaj±c d³ugo wzi±³em wiêc rurkê elektroinstalacyjn± o ¶rednicy 47mm, pi³ê i zacz±³em j± ci±æ na plasterki o grubo¶ci ok 12.5mm. Potem wiertarka, 6 otworów 3mm co 60 stopni, ¶rubki M3 z nakrêtkami i do dzie³a.
Oto wynik po monta¿u, mozolnym skrêcaniu pier¶cieni ze sob± :) nie wspominaj±c ju¿ o wcze¶niejszym cieciu i nawiercaniu.
*** Model z pier¶cieni przylegaj±cych bezpo¶rednio ze sob±
Tu w tej powy¿szej konstrukcji czuæ niewielkie naprê¿enia. G³ównie z racji tego, ¿e pier¶cienie przylegaj± bezpo¶rednio do siebie i ¶cianki tych pier¶cieni odkszta³caj± siê w kszta³cie, kierunku zakrzywiania siê powierzchni sfery. Tu jest takie zdanie które mo¿e pozostaæ nie do koñca zrozumia³e, ale mo¿e dacie radê za³apaæ o co mi chodzi³o :). Mo¿e to kiedy¶ inaczej rozwinê, bardziej zrozumiale. Pomy¶la³em zatem, ¿e nadanie im odstêpów pomiêdzy pier¶cieniami powinno unormowaæ konstrukcjê tzn zmniejszyæ naprê¿enia.
Na szybko zrobi³em minimalistyczn± kopu³kê wykorzystuj±c jak najmniej okrêgów i wykorzystuj±c to co akurat mia³em pod rêk±. Czyli jako dystanse u¿y³em zaciskowych tulejek do zaciskania koñcówek kabli elektrycznych.
*** Model z ma³ej ilo¶ci okrêgów i tulejek zaciskowych.
Konstrukcja ta niestety nadal mia³a pewne naprê¿enia i odkszta³cenia. Wg mnie by³o to powodem u¿ytych sztywnych tulei. Te tuleje raczej powinny byæ lekko elastyczne lub powinny jej koñce byæ ¶ciête pod odpowiednim k±tem ( nie k±tem prostym, ale zbli¿onym do niego ) aby s±siaduj±ce pier¶cienie ³adnie uk³ada³y siê wzd³u¿ powierzchni powstaj±cej sfery. Gdy tuleje s± sztywne i ¶ciête pod k±tem prostym powoduj±, ¿e konstrukcja jakby d±¿y do powierzchni p³askiej a nie zakrzywionej.
Kolejn± konstrukcjê postanowi³em zrobiæ wiêc z kilkoma modyfikacjami.
Tzn.:
(1) U¿y³em elastycznych tulei dystansowych aby k±ty pomiêdzy p³aszczyznami s±siaduj±cych pier¶cieni mog³y siê swobodnie uk³adaæ wg potrzeby. Tzn aby pod±¿a³y za tworz±c± siê powierzchni± sfery.
(2) Skorzysta³em z obliczeñ Fullera i dopasowa³em d³ugo¶ci dystansów wg jego ustalonej zasady zale¿no¶ci d³ugo¶ci dotycz±cej jego trójk±tów wg równania:
gdzie, d³ugo¶æ boku danej belki trójk±ta = ¶rednica okrêgu + dystans
Z powy¿szego wynika, ¿e u¿yta ¶rednica okrêgu musi byæ mniejsza od najkrótszej belki boku trójk±ta.
Tak naprawdê aby zobrazowaæ sk±d powy¿sze równanie siê wziê³o postaram siê to opisaæ, a w przysz³o¶ci mo¿e i wstawiæ odpowiedni rysunek. Moja modyfikacja powsta³ych modeli polega na tym, ¿e miejsca ³±czenia siê boków trójk±tów, czyli wierzcho³ki staj± siê ¶rodkami okrêgów. Tzn taki jeden trójk±t posiada trzy okrêgi o ¶rodkach w jego wierzcho³kach.
*** rysunek w przysz³o¶ci, trójk±t o wierzcho³kach a,b,c. Gdzie te wierzcho³ki a,b,c s± jednocze¶nie ¶rodkami trzech okrêgów. Okrêgi przecinaj± siê z bokami trójk±tów w punktach w kolejnych jego bokach tworz±c odpowiednio punkty d,e , f,g , h,i . Odcinek a-b ( a-d-e-b ) trójk±ta równa siê promieniowi a-d plus odstêp d-e plus promieñ e-b.
Analizuj±c teraz jeden bok takiego trójk±ta, na jego d³ugo¶æ sk³ada siê z jednej strony promieñ jednego okrêgu, potem odstêp miêdzy okrêgami (dystans) i nastêpnie promieñ drugiego okrêgu. Gdzie dwa promienie to oczywi¶cie ¶rednica okrêgu, zak³adaj±c, ¿e wszystkie okrêgi s± o jednakowej ¶rednicy.
(3) Zredukowa³em ilo¶ci okrêgów aby g³ównie wykorzystaæ 3 po³±czenia. Tak naprawdê aby jak najmniej siê napracowaæ i jak najszybciej wykonaæ ten kolejny model :) . Konstrukcja jest nadal stabilna ale wykonana z du¿o mniejszej ilo¶ci elementów ( okrêgów ). Mo¿na oczywi¶cie brakuj±ce okrêgi w celu wzmocnienia konstrukcji bezproblemowo do³o¿yæ. Ja w budowanym modelu do³o¿y³em okrêgi w dolnej czê¶ci kopu³y, w jej pierwszej warstwie.
I tak powsta³o co¶ takiego jak na poni¿szym zdjêciu. Co uwa¿am, ¿e ju¿ siê ³adnie uk³ada :)
*** Zdjêcie kolejnej kopu³y
Kluczem s± chyba w³a¶nie te w³a¶ciwe odleg³o¶ci. Odpowiedni ich dobór wp³ywa na jako¶æ, równo¶æ tworzonej sfery. A odpowiednia zmiana odleg³o¶ci dystansów mo¿e tak¿e zmieniaæ promieñ krzywizny tej tworzonej sfery.
Idea³em tego kierunku my¶lenia tej konstrukcji jest stworzenie uniwersalnego elementu, tego odpowiadaj±cego okrêgowi, ale aby mia³ odpowiednio usytuowane uchwyty co 60 stopni ( a mo¿e nawet co 30 lub 15 stopni ) dla np rur które by³yby ³±cznikami pomiêdzy tymi okrêgami. Uchwyty tych rur najlepiej jakby by³y zaciskane z mo¿liwo¶ci± luzowania i daj±c± wtedy mo¿liwo¶æ przesuwania zag³êbienia rury ³±cz±cej w danym okrêgu. Co za tym idzie daj±c mo¿liwo¶æ swobodnego ustalania dystansu, odleg³o¶ci pomiêdzy s±siaduj±cymi okrêgami.
Tak stworzony system ³±czeñ okrêgów z rurowymi ³±cznikami o regulowanym swobodnie dystansie umo¿liwia³by tworzenie nie tylko konstrukcji no¶nych samych kopu³ ale tak¿e dowolnie ukszta³towanych pofalowanych innych powierzchni. Poprzez odpowiedni± regulacjê w³a¶nie d³ugo¶ci ³±czników pomiêdzy okrêgami tworzyæ mo¿na ró¿ne dowolne inne wypuk³o¶ci lub wklê¶niêcia powierzchni.
Mo¿na powiedzieæ, ¿e za pomoc± dwóch elementów: odpowiednio stworzonej formy okrêgu (lub zbli¿onej do niego) z uchwytami i rurek ³±cz±cych mamy uniwersalny system do tworzenia ró¿nego rodzaju konstrukcji kopu³ i innych zró¿nicowanych powierzchni. Takie uniwersalne klocki :) umo¿liwiaj±ce tworzenie konstrukcji jak w skali mikro tworzone s± cz±steczki chemiczne z atomów. Wszelkie konstrukcje opieraæ mo¿na np na kszta³tach tzw Fulerenów.
W przygotowaniu s±
modele z takim w³a¶nie systemem swobodnie regulowanego
dystansu pomiêdzy okrêgami.