돌려도 폭이 같은 바퀴, 축의 높이도 그대로일까?

루로 삼각형의 일정한 폭과 중심에서 지지선까지의 거리가 일정함을 구별하여 두 자세의 축 높이를 계산한다.

맞물린 목재와 금속 기어의 톱니

사진: Tangopaso · Public domain · 원본 출처

한 변1인 정삼각형의 중심을 원점에 놓고 꼭짓점을 A=(0,1/√3),B=(−1/2,−1/(2√3)),C=(1/2,−1/(2√3))로 둔다. 세 꼭짓점 중심의 반지름1 원판 공통부분을 바퀴 단면으로 쓴다. 아래 수평 지지선에서 원점 축까지 높이를 원래 자세와180도 뒤집은 자세에서 비교하라.

R=B‾(A,1)∩B‾(B,1)∩B‾(C,1).R=\overline B(A,1)\cap\overline B(B,1)\cap\overline B(C,1).

A 중심 원판 안에서는 y≥1/√3−1이다. 이 낮은 점은 나머지 두 원판 안에도 있으므로 실제 최저점이다. 최고점은 A이며, B와 C 중심 원판이 동시에 허용하는 위쪽 끝점도 A다.

180도 회전은 y의 부호를 바꾼다. 원점이 바닥에서 올라간 높이는 최저 y의 반대값이다.

h1=1−13≠13=h2,두 지지선 간격=1.h_1=1-\frac1{\sqrt3}\ne\frac1{\sqrt3}=h_2, \qquad \text{두 지지선 간격}=1.

축을 정삼각형 중심에 뚫었다는 조건을 분명히 해야 한다. 폭은 반대쪽 평행 지지선 사이의 거리이고 축 높이는 축에서 한 지지선까지의 거리다. 둘은 같은 양이 아니다.

교사는 일정한 폭 바퀴 위의 판이 일정한 높이에 있을 수 있다는 설명을, 그 축에 매단 물체도 일정한 높이에 있다는 말로 옮겼는지 확인한다. 실제 바퀴 제작이나 마찰을 측정한 결과가 아니라, 단면의 두 자세에서 지지 높이를 직접 계산한 모델이다.

착안 원문: Gleichdicks: Einfache Experimente für Zuhause. 문항의 좌표·조건·논증은 새로 구성했다. 원문 도판이나 활동 지시의 번역이 아니다.