A involuta de uma circunferência é a curva traçada pelo ponto de extremidade de um fio quando o mesmo, mantido tenso, é desenrolado de um carretel fixo (figura). Supondo que o centro do carretel está colocado na origem do plano e seu raio é , e que o fio começa a se desenrolar no ponto . Mostre que as equações paramétricas da Involuta, ao desenrolar uma volta do fio no carretel são:
e ,
Utilizando como parâmetro o ângulo mostrado na figura.
Passo 1
Para descobrirmos a parametrização da involuta, temos que achar o vetor posição do ponto .
Podemos pensar esse vetor como a soma dos vetores e
Sabemos que:
Repare que nada mais é que o arco esticado, então:
(comprimento do arco )
Passo 2
Beleza, agora podemos achar também um vetor tangente ao vetor :
Esse vetor é paralelo ao vetor , mas está no sentido oposto a ele. Vamos utilizar essas informações por partes.
Como está no sentido oposto de e , devemos inverter o sentido de :
(sentido invertido)
Como já sabemos que é paralelo a e a informação que temos sobre é a respeito de seu comprimento, vamos achar o comprimento de :
(porque
Opa, o comprimento de e diferem por um fator multiplicativo Então, para e virarem o mesmo vetor, temos que multiplicar por (para que os comprimentos dos dois vetores fiquem iguais, agora que eles já tem o mesmo sentido):
Passo 3
Agora, como sabemos que
Substituindo os resultados encontrados, temos:
,
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)