Forgástest

Forgástest olyan geometriai test, mely egy síkidom síkjában fekvő, azt nem metsző egyenes, mint tengely körüli megforgatásából származtatható. A forgástest az a test, melyet a síkidom forgatása közben súrolt felület és az alapkörlap, valamint a fedőkörlap határol.

Forgástest felszíne

Forgástest térfogata

Szigorúbb definíció szerint forgástestek a hengerszimmetrikus testek. Forgásszimmetrikusnak az olyan alakzatot nevezik, melynél van olyan elforgatás, mely az alakzatot önmagába viszi át. A teljes forgásszimmetria esetén az alakzat helyzetét a forgástengely körül végrehajtott semmilyen elforgatás nem változtatja meg. Ezt térbeli alakzatnál hengerszimmetrikus alakzatnak nevezik. A hengerszimmetrikus testek a forgástestek.

A számítógéppel segített tervezőrendszerek (CAD) forgástestnek nevezik azokat a geometriai testeket is, melyeket egy síkidom tetszőleges szöggel való, tehát nem teljes megforgatásakor súrol. Ezek a szigorúbb definíció szerint nem forgástestek.

A forgástest olyan síkmetszetét, mely tartalmazza a szimmetriatengelyt, meridiánmetszetnek nevezik.

A forgástest térfogata

Legyen a meridiángörbe egy f(x) folytonos, nem negatív függvény az a≤x≤b tartományban. Ha a forgástengely az x tengely, akkor a keletkező forgástest térfogata:

${\displaystyle V=\pi \int \limits _{a}^{b}f^{2}(x)dx}$

A forgástest felszíne

Az f(x): ${\displaystyle [a;b]\subset R\rightarrow R;x\mapsto f(x)}$, az [a;b]-n folytonos függvény esetén a

${\displaystyle F=2\pi \int \limits _{a}^{b}f(x){\sqrt {1+[f'(x)]^{2}}}dx\,}$

integrál adja az f(x) függvény x tengely körüli elforgatásával kapott forgástest palástjának területét. (Így a forgásfelület felszínét is meghatározhatjuk tehát.)

A Pappus–Guldin-tételek

A forgástestek térfogatát és felszínét a Pappus–Guldin-tételek segítségével a következőképpen lehet kiszámolni: Ezek szerint a felszín egyenlő a származtató síkidom s kerületének és annak C súlypontja r_s.2π útjának a szorzatával:

${\displaystyle F=s\cdot r_{s}\cdot 2\pi }$

A forgástest térfogata pedig egyenlő a származtató síkidom (meridiánmetszet) A területének és a meridiánmetszet C_A súlypontja R_s.2π útjának szorzatával:

${\displaystyle V=A\cdot R_{s}\cdot 2\pi }$

Példák forgástestekre:

• Henger
• Gömb
• Kúp
• Tórusz
• Gábriel harsonája

Források

• Hajós György: Bevezetés a geometriába Kilencedik kiadás. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991. ISBN 963 18 31736
• J. N. Bronstein - K. A. Szemengyajev: Matematikai zsebkönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1987. ISBN 963-10-53091