把一張長方形的紙條首尾相粘,做成一個(gè)紙圈,然后只允許用一種顏色在紙圈上的一面涂抹,最后把整個(gè)紙圈全部抹成一種顏色,不留下任何空白。這個(gè)紙圈應(yīng)該怎么粘?
如果按照常規(guī)的方法,我們直接將紙條的首尾相粘,這樣做成的紙圈有兩個(gè)面,要想將紙圈涂成一個(gè)顏色,勢必要涂完一面后再重新涂另一面,不符合顏色涂抹的要求。
能不能做成只有一個(gè)面、一條封閉曲線為邊的紙圈呢?
對(duì)于這樣一個(gè)看似非常簡單的問題,數(shù)百年間,許多科學(xué)家都曾進(jìn)行了認(rèn)真的研究,結(jié)果都沒有成功。
后來,德國的數(shù)學(xué)家麥比烏斯對(duì)這個(gè)問題產(chǎn)生了濃厚的興趣,他不斷地思索、試驗(yàn),也毫無結(jié)果。
有一天,他被這個(gè)問題弄得頭昏腦脹了,便到野外去散步。新鮮的空氣、清涼的風(fēng),使他頓時(shí)感到非常輕松舒服,但他并沒有放棄思考那個(gè)問題,他想的還是那個(gè)尚未找到的圈。
他走到一片玉米地里,在他眼里,一片片肥大的玉米葉子就是“綠色的紙條兒”。他情不自禁地?cái)[弄著、察看著綠色的玉米葉。
這些玉米葉葉片彎曲著耷拉下來,有許多被扭成了半圓形。他隨意撕下一片玉米葉,順著葉子自然扭的方向?qū)映梢粋€(gè)圓圈兒,他驚喜地發(fā)現(xiàn),這“綠色的圓圈兒”就是他夢寐以求的那種圓圈。
麥比烏斯立刻回到辦公室,將一張紙裁成長方形紙條,他把紙的一端扭轉(zhuǎn)180°,再將紙條一端的正面和另一端的反面粘在一起,這樣,只有一個(gè)面的紙圈就做成了。
之后,麥比烏斯把一只小甲蟲放在紙圈的紙帶上讓它爬。結(jié)果,小甲蟲不翻越任何邊界就爬遍了紙圈的所有地方。麥比烏斯見此,激動(dòng)地說:“公平的小甲蟲,你無可辯駁地證實(shí)了這個(gè)圈兒只有一個(gè)面?!丙湵葹跛谷瓦@樣被發(fā)現(xiàn)了。
麥比烏斯圈看起來很普通,但是作用可大了。
1979年,美國著名輪胎公司百路馳創(chuàng)造性地把傳送帶制成麥比烏斯圈的形狀,這樣,整條傳送帶環(huán)面各處均勻地承受磨損,避免了普通傳送帶單面受損的情況,其壽命延長了整整一倍。
針式打印機(jī)靠打印針擊打色帶在紙上留下一個(gè)個(gè)墨點(diǎn),為充分利用色帶的全部表面,針式打印機(jī)的色帶也被設(shè)計(jì)成了麥比烏斯圈。
麥比烏斯圈其實(shí)還是一個(gè)有趣的玩具,我們可以把它當(dāng)作道具變魔術(shù)呢。
我們?cè)诓煤玫囊粡埣垪l的正中間畫一條線,把紙條粘成麥比烏斯圈,再沿中間的線將這個(gè)圈一分為二,奇怪的是,沒有得到兩個(gè)圈,剪開后竟是一個(gè)大圈。
如果在紙條上畫兩條線,把紙條三等分,我們用剪刀沿畫線剪開,麥比烏斯圈會(huì)變成什么呢?有興趣的話,試試吧。