Линейчатая поверхность
Лине́йчатая пове́рхность, поверхность, образуемая совокупностью прямых, зависящих от одного параметра. Линейчатую поверхность можно описать движением прямой (образующей) по некоторой линии (направляющей). Линейчатые поверхности разделяются на развёртывающиеся и косые.
Развёртывающиеся линейные поверхности могут быть посредством изгибания наложены на плоскость. Любая развёртывающаяся поверхность является либо цилиндром, либоконусом, либо поверхностью, состоящей из касательных к некоторой пространственной кривой (рис. 1). Эту кривую называют ребром возврата развёртывающейся поверхности. Плоскость , пересекающая ребро возврата , образует в сечении с поверхностью кривую с точкой возврата . Ребро возврата является особой линией развёртывающейся поверхности, вдоль которой две её полости и касаются друг друга. Развёртывающиеся поверхности характеризуются также тем, что касательная плоскость к ним в различных точках одной и той же образующей неизменна. Совокупность всех касательных плоскостей развёртывающейся линейчатой поверхности представляет собой однопараметрическое семейство. Иначе говоря, развёртывающаяся линейчатая поверхность является огибающей однопараметрического семейства плоскостей.
У косой линейчатой поверхности касательные плоскости в различных точках одной и той же образующей различны. При перемещении точки касания вдоль образующей касательная плоскость вращается вокруг образующей. Полный поворот касательной плоскости, когда точка касания проходит всю образующую, равен 180°. На каждой образующей имеется точка, такая, что для каждой из двух частей, на которые она делит образующую, полный поворот касательной плоскости равен 90°. Эту точку (на рис. 2 точка ) называют центром образующей. Тангенс угла между касательными плоскостями к поверхности в центре и какой-либо другой точке той же образующей пропорционален расстоянию . Абсолютная величина гауссовой кривизны линейчатой поверхности достигает на данной образующей наибольшего значения в центре образующей и убывает при удалении от центра по образующей. Множество центров образующих называется линией сжатия или стрикционной линией. Например, у геликоида (линейчатой поверхности, описываемой равномерным винтовым движением прямой вокруг некоторой оси, которую движущаяся прямая пересекает под прямым углом) линией сжатия является ось ( на рис. 2). Линейчатые поверхности 2-го порядка – гиперболический параболоид, однополостной гиперболоид – имеют две различные системы прямолинейных образующих (из однополостных гиперболоидов сконструирована радиомачта системы В. Г. Шухова, находящаяся в Москве на Шаболовке). Две системы прямолинейных образующих имеют только линейчатую поверхность 2-го порядка.
Изгибаемые друг на друга линейчатые поверхности можно катить одну по другой так, что в процессе качения они будут иметь общую образующую. На этом основано применение линейчатой поверхности в теории механизмов.