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Gömböc


Gömböc(匈牙利语意为“类球体”)是一类凸固体的名称,这类固体具有唯一的稳定平衡点和唯一的非稳定平衡点。1995年,V. 阿诺德推测 Gömböc 存在,Domokos 和 Várkonyi 在 2006 年首次证明了它们的存在 (Rehmeyer 2007)。最初发现的 Gömböc 类似于具有陡峭背面和扁平底部的收缩球体。Domokos 和 Várkonyi (2008) 随后展示了高圆顶龟壳(形状与 Gömböc 相似)的几何形状如何接近自扶正的最佳状态。

Gomboc21Polyhedron

属于这一类的多面体骨架(和实体)被称为单稳单态多面体 (Domokos et al. 2020, Varkonyi and Domokos 2006a, Domokos and Kovács 2023)。虽然均质、单稳单态多面体实体的存在已被证明 (Lángi 2022),但尚无已知示例 (Domokos and Kovács 2023)。然而,Domokos 和 Kovács (2023) 描述了一个单稳单态 0-多面体(即质量均匀分布在其顶点上的多面体)的示例,该多面体具有 21 个面和 21 个顶点,如上图所示。

Gombocs

Sloan (2023) 给出了显式解析方程,描述了上述两个 Gömböc 在球坐标中的边界。

 r^4=1+4betasinphicos(theta-5phi),

第一个方程由下式给出

它在 phi=pi/2, theta=3pi/2phi=pi/2, theta=pi/2 处分别具有唯一的稳定和非稳定平衡点。这里 beta 是一个小的正常数,其中 beta<=0.15 似乎就足够了 (Sloan 2023)。

 r^4=1+4betasinphicos[theta-(3pi)/2(cosphi-(cos^3phi)/3)],

第二个解析 Gömböc 由下式给出


它在 phi=pi/2, theta=pitheta=pi/2, phi=0 处分别具有唯一的稳定和非稳定平衡点。这里,beta 是一个小的正常数,其中 beta<=0.17 似乎就足够了 (Sloan 2023)。

另请参阅

Conway-Guy 多面体, 单稳态多面体

n-complete graph

参考文献

Domokos, G. "My Lunch with Arnold." Math. Intell. 28, 31-33, 2006.Domokos, G. and Várkonyi, P. L. "Geometry and Self-Righting of Turtles." Proc. Roy. Soc. B 275, 11-17, 2008. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2562404/?tool=pmcentrez.Domokos, G. and Kovács, F. "Conway's Spiral and a Discrete Gömböc with 21 Point Masses." Amer. Math. Monthly 130, 795-807, 2023.Domokos, G.; Kovács, F.; Lángi, Z.; Regős, K.; and Varga, P. T. "Balancing Polyhedra." Ars Math. Contemp. 19, 95-124, 2020.Lángi, Z. "A Solution to Some Problems of Conway and Guy on Monostable Polyhedra." Bull. London Math. Soc. 54, 501-516, 2022.Rehmeyer, J. "MathTrek: Can't Knock It Down." Apr. 5, 2007. http://sciencenews.org/view/generic/id/8383/title/Cant_Knock_It_Down.Sloan, M. L. "An Analytical Gomboc." 19 Jun 2023. https://arxiv.org/abs/2306.14914.Várkonyi, P. L. and Domokos, G. "Static Equilibria of Rigid Bodies: Dice, Pebbles and the Poincaré-Hopf Theorem." J. Nonlin. Sci. 16, 255-281, 2006a.Várkonyi, P. L. and Domokos, G. "Mono-Monostatic Bodies: The Answer to Arnold's Question." Math. Intell. 28, 34-38, 2006b.

Gömböc

请引用为

Weisstein, Eric W. "Gömböc。" 来自 MathWorld——Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/Gomboc.html

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