§ 10. =Böschung, Fallen und Streichen.= Der Fallwinkel φ der

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Anmerkungen zur Transkription

Im Original gesperrter bzw. kursiver Text ist _so ausgezeichnet_.

Im Original fettgedruckter Text ist =so markiert=.

Die Schreibweise ^x bezeichnet einen hochgestellten, die

Schreibweise _{x} einen tiefgestellten Index. [line](AB) bezeichnet

eine Strecke, [arc](AB) eine Kurve.

Der Text enthält mathematische Symbole, die nicht mit jedem

Zeichensatz korrekt angezeigt werden können.

Weitere Anmerkungen zur Transkription befinden sich am Ende des

Buches.

Mathematisch-Physikalische Bibliothek

Gemeinverständliche Darstellungen aus der Mathematik u. Physik. Unter

Mitwirkung von Fachgenossen hrsg. von

Dr. =W. Lietzmann=

Direktor der Oberrealschule zu Göttingen

und

Dr. =A. Witting=

Studienrat, Gymnasialprof. in Dresden

Fast alle Bändchen enthalten zahlreiche Figuren. kl. 8. Kart. je M. 2.–

Hierzu Teuerungszuschlag des Verlages 120% (Abänderung vorbeh.) u. d.

Buchhandl.

Die Sammlung, die in einzeln käuflichen Bändchen in zwangloser Folge

herausgegeben wird, bezweckt, allen denen, die Interesse an den

mathematisch-physikalischen Wissenschaften haben, es in angenehmer

Form zu ermöglichen, sich über das gemeinhin in den Schulen Gebotene

hinaus zu belehren. Die Bändchen geben also teils eine Vertiefung

solcher elementarer Probleme, die allgemeinere kulturelle Bedeutung

oder besonderes wissenschaftliches Gewicht haben, teils sollen sie

Dinge behandeln, die den Leser, ohne zu große Anforderungen an seine

Kenntnisse zu steilen, in neue Gebiete der Mathematik und Physik

einführen.

Bisher sind erschienen (1912/20):

=Der Begriff der Zahl in seiner logischen und historischen

Entwicklung.= Von _H. Wieleitner_. 2., durchgeseh. Aufl. (Bd.

2.)

=Ziffern und Ziffernsysteme.= Von _E. Löffler_. 2., neubearb.

Aufl. I: Die Zahlzeichen der alten Kulturvölker. (Bd. 1.) II:

Die Z. im Mittelalter und in der Neuzeit. (Bd. 34.)

=Die 7 Rechnungsarten mit allgemeinen Zahlen.= Von _H.

Wieleitner_. 2. Aufl. (Bd. 7.)

=Einführung in die Infinitesimalrechnung.= Von _A. Witting_.

2. Aufl. I: =Die Differential-=, II: =Die Integralrechnung=.

(Bd. 9 u. 41.)

=Wahrscheinlichkeitsrechnung.= V. _O. Meißner_. 2. Auflage. I:

Grundlehren. (Bd. 4.) II: Anwendungen. (Bd. 33.)

=Vom periodischen Dezimalbruch zur Zahlentheorie.= Von _A.

Leman_. (Bd. 19.)

=Der pythagoreische Lehrsatz mit einem Ausblick auf das

Fermatsche Problem.= Von _W. Lietzmann_. 2. Aufl. (Bd. 3.)

=Darstellende Geometrie des Geländes und verw. Anwendungen der

Methode der kotierten Projektionen.= Von _R. Rothe_. 2.,

verb. Aufl. (Bd. 35/36.)

=Methoden zur Lösung geometrischer Aufgaben.= Von _B. Kerst_.

(Bd. 26.)

=Einführung in die projektive Geometrie.= Von _M. Zacharias_.

(Bd. 6.)

=Konstruktionen in begrenzter Ebene.= Von _P. Zühlke_. (Bd. 11.)

=Nichteuklidische Geometrie in der Kugelebene.= Von _W. Dieck_.

(Bd. 31.)

=Einführung in die Nomographie.= Von _P. Luckey_. I. Teil:

Die Funktionsleiter. (Bd. 28.) II. Teil: Die Zeichnung als

Rechenmaschine. (Bd. 37.)

=Theorie und Praxis des logarithm. Rechenschiebers.= Von _A.

Rohrberg_. 2. Aufl. (Bd. 23.)

=Die Anfertigung mathemat. Modelle.= (Für Schüler mittl. Kl.)

Von _K. Giebel_. (Bd. 16.)

=Karte und Kroki.= Von _H. Wolff_. (Bd. 27.)

=Die Grundlagen unserer Zeitrechnung.= Von _A. Baruch_. (Bd.

29.)

=Die mathemat. Grundlagen d. Variations- u. Vererbungslehre.=

Von _P. Riebesell_. (24.)

=Mathematik und Malerei.= 2 Teile in 1 Bande. Von _G. Wolff_.

(Bd. 20/21.)

=Der Goldene Schnitt.= Von _H. E. Timerding_. 2. Aufl. (Bd. 32.)

=Beispiele zur Geschichte der Mathematik.= Von _A. Witting_ und

_M. Gebhard_. (Bd. 15.)

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Aufl. (Bd. 10.)

=Geheimnisse der Rechenkünstler.= Von _Ph. Maennchen_. 2. Aufl.

(Bd. 13.)

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Aufl. (Bd. 25.)

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=Die Fallgesetze.= V. _H. E. Timerding_. (Bd. 5.)

=Ionentheorie.= Von _P. Bräuer_. (Bd. 38.)

=Das Relativitätsprinzip.= Leichtfaßlich entwickelt von _A.

Angersbach_. (Bd. 39.)

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=Theorie der Planetenbewegung.= Von _P. Meth_. (Bd. 8.)

=Beobachtung d. Himmels mit einfach. Instrumenten.= Von _Fr.

Rusch_. 2. Aufl. (Bd. 14.)

=Mathem. Streifzüge durch die Geschichte der Astronomie.= Von

_P. Kirchberger_. (Bd. 40.)

In Vorbereitung:

=Doehlemann=, Mathematik und Architektur. =Schips=, Mathematik

und Biologie. =Winkelmann=, Der Kreisel. =Wolff=, Feldmessen

und Höhenmessen.

Verlag von B. G. Teubner in Leipzig und Berlin

Preise freibleibend.

MATHEMATISCH-PHYSIKALISCHE

BIBLIOTHEK

HERAUSGEGEBEN VON =W. LIETZMANN= UND =A. WITTING=

35/36

DARSTELLENDE GEOMETRIE

DES GELÄNDES

UND VERWANDTE ANWENDUNGEN DER METHODE

DER KOTIERTEN PROJEKTIONEN

VON

RUDOLF ROTHE

DR. PHIL., O. PROFESSOR AN DER

TECHN. HOCHSCHULE BERLIN

ZWEITE, VERBESSERTE AUFLAGE

MIT 107 FIGUREN IM TEXT

[Illustration]

1919

LEIPZIG UND BERLIN

VERLAG UND DRUCK VON B. G. TEUBNER

Schutzformel für die Vereinigten Staaten von Amerika:

_Copyright 1919 by B. G. Teubner in Leipzig_.

ALLE RECHTE,

EINSCHLIESSLICH DES ÜBERSETZUNGSRECHTS, VORBEHALTEN.

VORWORT ZUR ERSTEN UND ZWEITEN AUFLAGE

In der vorliegenden kleinen Schrift habe ich versucht, den Leser in

elementarer und leicht verständlicher Weise mit der zeichnerischen

Behandlung der topographischen Flächen nach der Methode der »kotierten

Projektionen« bekannt zu machen. Die glückliche Paarung zwischen

Rechnung und Zeichnung, auf der diese Methode beruht, die darin

begründete Freiheit, sich auch an kompliziertere Aufgaben mit Aussicht

auf Erfolg zu wagen, und daher weiter das unbewußte Gefühl, hier

wenigstens der »selbstgeschaffenen Schmerzen« der Mathematiker ledig

zu sein, das alles gibt diesem Schwestergebiete der darstellenden

Geometrie einen besonderen Reiz. Er wird noch erhöht durch die fast

unmittelbare Anwendbarkeit auf praktische Fragen. Ich habe auf diese

Anwendungen großes Gewicht gelegt; sie entstammen zum Teil dem

geologisch-bergmännischen Gesichtskreis und rühren aus der Zeit, als

ich an der Clausthaler Bergakademie einiges aus diesem Gebiete in

elementaren Vorlesungen über darstellende Geometrie vortrug ...

In der zweiten Auflage, die dem Büchlein trotz der Ungunst der

Zeiten beschieden ist, konnten mehrere sachliche und sprachliche

Verbesserungen und Ergänzungen angebracht werden; so insbesondere in

den §§ 63 und 64, wo, wie ich glaube, der Begriff des Talwegs jetzt

einwandfrei erklärt worden ist. Auch wurde auf mehrfach geäußerten

Wunsch ein kurzer Abschnitt über Anwendungen auf die zeichnerische

Analysis und die Nomographie hinzugefügt. Bezüglich der Abbildungen,

die schon wegen des Formates nicht mehr als einen bloßen Anhalt zum

Anfertigen von Reinzeichnungen geben wollen, konnte ich mich auch aus

äußeren Gründen nicht entschließen, größere Änderungen vorzunehmen. Wer

aus dem Buche ernsthaft lernen will, wird gewiß nicht unterlassen, sich

Reinzeichnungen im passenden Maßstabe selbst herzustellen. Übrigens ist

es ein Unterschied, ob es sich um eine Reinzeichnung handelt, wie sie

in den Übungen zur darstellenden Geometrie gefordert wird, oder um eine

Konstruktion an einer topographischen oder geologischen Geländekarte;

hier wird manche Zeichnung doch nicht viel größer ausfallen als die

Abbildungen dieses Bändchens.

Am Schluß ist ein alphabetisches Sachverzeichnis angefügt worden.

Der erweiterte Umfang hat es erfordert, das Buch als Doppelbändchen

herauszugeben.

_Berlin_, im April 1919.

RUDOLF ROTHE

INHALT

Seite

Einleitung 1

I. Grundbegriffe und elementare Konstruktionen über

kotierte Projektionen §§ 1–22 2–18

§ 1. Kotierte Projektion. S. 2. § 2. Maßstab der Zeichnung. 3.

§ 3. Einschalten eines Punktes. 4. § 4. Stufung (Graduierung)

einer Geraden. 4. § 5. Intervall. 5. § 6. Schnitt zweier

Geraden. 5. § 7. Ebene. 6. § 8. Gefällemaßstab. 6. § 9.

Aufgabe. 7. § 10. Böschung, Fallen und Streichen. 7.

§ 11. Aufgabe. 8. § 12 Schnittgerade zweier Ebenen. 8.

§ 13. Ebenen mit parallelen Gefällemaßstäben. 9. § 14. Ebenen

gleicher Böschung. 10. § 15. Schnittpunkt einer Geraden mit

einer Ebene. 10. § 16. Lot von einem Punkte auf eine

Ebene. 11. § 17. Kürzester Abstand zweier windschiefer

Geraden. 11. § 18. Drehen einer Ebene um eine Streichlinie in

die wagerechte Lage. 12. § 19. Schnittwinkel zweier

Ebenen. 13. § 20. Böschungskegel. 15. § 21. Kreiszylinder,

schiefer Kreiskegel, Kugel. 16. § 22. Andere Oberflächen. 16.

II. Elementare Anwendungen §§ 23–34 18–25

§ 23. Zweck der Anwendungen. 18. § 24. Aufführung eines

Dammes. 18. § 25. Querprofil. 19. § 26. Anlage eines ebenen

Platzes. 19. § 27. Weg gegebener Steigung. 20.

§ 28. Streichen und Fallen einer Ebene. 21.

§ 29. Dachausmittelung. 21. § 30. Aufgabe. 22.

§ 31. Fortsetzung. 22. § 32. Aufschüttung einer Halde. 22.

§ 33. Ausschachten einer Grube. 24. § 34. Tunnelmündung. 24.

III. Darstellung der Geländeflächen §§ 35–73 26–53

§ 35. Hauptschichtlinien. 26. § 36. zeichnerische

Bemerkungen. 26. § 37. Storchschnabel. 27. § 38. Glatte

Kurve. 27. § 39. Spiegellineal. 28. § 40. Tangente. 28.

§ 41. Hüllkurve. 28. § 42. Evolute. 29.

§ 43. Parallelkurven. 29. § 44. Berührungen im Raume. 29.

§ 45. Relief eines Geländes. 30. § 46. Kurven auf einer

Geländefläche. 30. § 47. Darstellung einer Raumkurve. 30.

§ 48. Einschalten von Punkten und Konstruktion von

Schichtlinien. 31. § 49. Böschung einer Raumkurve. 32.

§ 50. Böschungslinie. 32. § 51. Normalebene,

Planierungsfläche. 32. § 52. Schmiegungsebene.

33. § 53. Hauptnormale, Binormale. 34. § 54. Schnitt

einer Fläche mit einer Ebene. 35. § 55. Anwendung. 36.

§ 56. Einschalten von Höhenlinien. 36.

§ 57. Berührungsebene und Normale einer Fläche. 37.

§ 58. Normalebene, Fallinien einer Fläche. 38.

§ 59. Schraffur einer Karte. 39. § 60. Krümmung einer

Fläche. 39. § 61. Verlauf der Schicht- und Fallinien. 41.

§ 62. Gipfel-, Mulden- und Jochpunkt. 41.

§ 63. Wasserscheide und Talweg. 42. § 64. Fortsetzung. 44.

§ 65. Böschungsfläche. 47. § 66. Böschungsstreifen. 48.

§ 67. Gratlinie. 48. § 68. Ebene Raumkurven. 48.

§ 69. Böschungsflächen einer Raumkurve. 49.

§ 70. Böschungslinien auf einer Fläche. 50.

§ 71. Aufgabe. 51. § 72. Schnitt zweier Flächen. 51.

§ 73. Durchdringungspunkte einer Raumkurve mit einer

Geländefläche. 52.

IV. Aufgaben und Anwendungen §§ 74–88 53–67

§ 74. Zweck der Aufgaben. 53. § 75. Aufschüttung und Abtrag

eines Eisenbahndammes. 53. § 76. Die Ausstrichlinie einer

Mulde mit dem Gelände zu bestimmen. 54. § 77. Schnittkurve

einer zylindrischen Fläche mit dem Gelände. 55. § 78. Um eine

gegebene Geländefläche einen Zylinder mit wagerechten

Mantelgeraden zu umschreiben. 56. § 79. Durch eine gegebene

Gerade die Berührungsebenen an eine Geländefläche zu

legen. 56. § 80. Umschriebener Zylinder mit beliebig

gegebener Richtung der Mantelgeraden. 57.

§ 81. Berührungsebene. 58. § 82. Andere Konstruktion des

umschriebenen Zylinders und der Berührungsebene. 59.

§ 83. Gebrauch einer Hilfskurve. 61.

§ 84. Schattengrenze. 62. § 85. Von einem gegebenen Punkte an

eine Geländefläche den Berührungskegel zu zeichnen. 62.

§ 86. Beispiel. 64. § 87. Ansicht des Geländes.

a) Parallelprojektion. 65. § 88. b) Zentralprojektion. 66.

V. Maßbestimmungen und Beziehungen zur zeichnerischen

Analysis §§ 89–107 67–89

§ 89. Längenmessung. 67. § 90. Flächenmessung.

a) Quadratteilung. 68. § 91. b) Einteilung in Streifen

gleicher Breite. 69. § 92. c) Andere Streifeneinteilung. 69.

§ 93. d) Planimeter. 70. § 94. Geneigte Fläche. 71.

§ 95. Flächeninhalt einer Böschungsfläche. 71.

§ 96. Rauminhalt eines begrenzten Geländeteiles. 72.

§ 97. Aufgabe: Rauminhalt einer Lagerstätte. 73.

§ 98. Ausführung der Aufgabe. 74. § 99. Zeichnerische

Analysis. 77. § 100. Funktionsskale. 78. § 101. Konstruktion

besonderer Funktionsskalen. 79. § 102. Aufgabe. 81.

§ 103. Zusammengesetzte Funktionsskalen. 82.

§ 104. Netzteilung. 83. § 105. Logarithmenpapier. 85.

§ 106. Darstellung einer Funktion von zwei Veränderlichen

durch ein Rechenblatt. 87. § 107. Rechenblatt mit

ungleichmäßiger Teilung. 88.

Alphabetisches Sachverzeichnis 90–92

EINLEITUNG

Eine Landkarte, die einen nicht zu großen Teil der Erdoberfläche

darstellt, gibt im großen und ganzen das Bild wieder, das sich einem

senkrecht darüber befindlichen Beobachter aus solcher Höhe darbietet,

wo für ihn die Höhenunterschiede des Geländes unmerklich geworden

sind. Um diese Höhenunterschiede in der Karte dennoch kenntlich zu

machen, pflegt man eine genügende Anzahl von Punkten durch beigesetzte

Höhenzahlen (Koten) zu bezeichnen, die ihre senkrechte Entfernung von

einer gedachten Horizontalebene, meist dem Meeresspiegel, in einer

gewählten Längeneinheit, z. B. in Metern, angeben. Auf diese Weise

entsteht eine mehr oder weniger getreue Darstellung (kotierter Riß) der

Erdoberfläche mit ihren Erhebungen und Senken; oder in allgemeinerer

Bedeutung, es entsteht die Darstellung einer _Geländefläche_ oder

_topographischen Fläche_, worunter in der Regel eine solche verstanden

wird, die von jeder Senkrechten in genau einem Punkte geschnitten wird;

bei manchen, z. B. bei geologischen Betrachtungen, ist diese Bedingung

freilich nicht immer erfüllt.

Eine auf der Fläche gelegene Linie, deren sämtliche Punkte die

gleiche Höhe (Kote) haben, heißt _Höhenlinie_ (Schichtlinie,

Niveaulinie, Isohypse), bei Höhen unter dem Meeresspiegel auch

Tiefenlinie (Isobathe); sie ist die Schnittlinie der Geländefläche

mit einer horizontalen Ebene. Ein abgelassener Teich läßt oft solche

Schichtlinien, die Spuren früherer Wasserstände, an seinen Ufern

erkennen.

Die Brauchbarkeit und Anschaulichkeit der Darstellung einer

Geländefläche durch eine Karte gewinnt erheblich, wenn auf ihr eine

genügende Anzahl von Höhenlinien der Art verzeichnet ist, daß ihnen

eine Einteilung der Fläche in Schichten gleicher Dicke entspricht

(Schichtenplan). Auf dieser Darstellung einer Geländefläche durch ihre

Schichtlinien beruht die Möglichkeit, auf zeichnerisch-konstruktiven

Wegen eine große Anzahl von Fragen und Aufgaben zu beantworten, wie

sie in der Vermessungskunde, Kartenkunde, Geographie, militärischen

Topographie, Bauingenieurwissenschaft, Geologie, Bergbaukunde usw.

vorkommen können. Die Ausführung der Methoden, die zur zeichnerischen

Lösung solcher Fragen dienen, bildet ein wichtiges Mittel der

angewandten Geometrie, das sich aus praktischen Bedürfnissen heraus,

ursprünglich nautischen und militärischen, entwickelt hat, zuerst in

Frankreich, wo die Kenntnis derartiger Dinge noch bis vor hundert

Jahren militärisch geheim gehalten wurde.

In dieses Gebiet, das zum Verständnis im allgemeinen nur wenige

elementargeometrische Vorkenntnisse erfordert, und dessen Pflege

wegen der sofort in die Augen springenden praktischen Verwendbarkeit

besonders reizvoll und anregend ist, will die vorliegende Schrift eine

Einführung geben.

Es wird zweckmäßig sein, zunächst auch auf einige grundlegende

geometrische Begriffe und Konstruktionen einzugehen, auf denen die

alsdann zu besprechenden Aufgaben über Geländeflächen beruhen.

I. GRUNDBEGRIFFE UND ELEMENTARE KONSTRUKTIONEN ÜBER KOTIERTE

PROJEKTIONEN

§ 1. =Kotierte Projektion.= Ein Punkt _P'_ des Raumes ist durch Angabe

seiner senkrechten Grundrißprojektion _P_ auf eine Horizontalebene

(Rißebene, Zeichenebene) und der Maßzahl _k_ seines senkrechten

Abstandes (Höhenzahl, Kote) von der Ebene, gemessen in Einheiten des

Höhenmaßstabs, eindeutig bestimmt: _kotierte Projektion_. Eine Karte

mit Höhenangaben ist also eine geometrische Grundrißdarstellung eines

Geländes durch kotierte Projektionen: _kotierte Ebene_.

Zwei Punkte _P₁'_ und _P₂'_ bestimmen eine Gerade _g'_. Zur Ermittelung

des spitzen Winkels φ, unter dem _g'_ gegen die Horizontalebene

geneigt ist, und der Entfernung _P₁'P₂'_ (_Luftlinie_) konstruiert

man in der Zeichenebene das rechtwinklige Dreieck mit den Katheten

_P₁P₂_ und _P₂P₂^*_ = _k₂_ – _k₁_, aus dem die gewünschten Größen mit

Transporteur und Maßstab zu entnehmen sind (Fig. 1 und 2).

[Illustration: Fig. 1.]

[Illustration: Fig. 2.]

Übrigens heißt φ der _Fallwinkel_, tg φ das _Gefälle_, der _Anstieg_

oder die _Böschung_ der Geraden _g'_.

Da man es im folgenden immer mit der Zeichnung in der Rißebene zu tun

hat, so spricht man in der Regel von dem Fallwinkel, dem Gefälle usw.

der gezeichneten Geraden _g_, der Projektion von _g'_, obwohl man

darunter natürlich stets die Größen meint, die _g'_ selbst zukommen.

Darauf ist in Zukunft zu achten.

§ 2. =Maßstab der Zeichnung.= Die Abmessungen der Zeichnung werden

meist mit denen der Wirklichkeit nicht übereinstimmen, sondern

geben sie in verkleinerten Maßstäben wieder. Verhalten sich z. B.

die Horizontalentfernungen der Zeichnung zu denen der Wirklichkeit

wie 1 : α (bei den preußischen Meßtischblättern wie 1 : 25000), die

gezeichneten Höhen zu den wirklichen wie 1 : β, so ist die wirkliche

Entfernung nicht mehr

_l_ = √([line](_P₁P₂_)² + (_k₁_ – _k₂_)²),

sondern sie ist

_L_ = √(α² · [line](_P₁P₂_)² + β² · (_k₁_ – _k₂_)²),

und der Neigungswinkel im allgemeinen nicht φ, so daß

tg φ = (_k₂_ – _k₁_)/[line](_P₁P₂_),

sondern gleich Φ, so daß

tg Φ = β/α · (_k₂_ – _k₁_)/[line](_P₁P₂_).

Nur wenn β = α, wenn also Horizontalentfernungen und Höhen im selben

Maßstab 1 : α aufgetragen sind, ist _L_ = α_l_, Φ = φ. Obwohl das

praktisch selten angängig ist – meist ist β > α; Überhöhung –, wird

es im folgenden, wo nichts anderes gesagt ist, doch der Einfachheit

wegen stets vorausgesetzt, zumal viele Konstruktionen von der Wahl der

Maßstäbe ganz unabhängig sind.

§ 3. =Einschalten eines Punktes.= Die Fig. 2 zeigt auch, wie man die

Kote _k_ eines beliebigen, auf _g_ gelegenen Punktes _P_ ermittelt,

denn es ist _PP^*_ = _k_ – _k₁_. Sie zeigt ferner, wie man bei

gegebener Höhenzahl _k_ den zugehörigen Punkt _P_ auf der Geraden

_g_ konstruiert: Man trägt, unter Rücksicht auf das Vorzeichen

der Kotenunterschiede, auf _P₂P₂^*_ = _k₂_ – _k₁_ die Strecke

_k₂_ – _k_ ab, entweder von _P₂^*_ aus bis _Q_ und zieht dann die

Parallele _QP^*_ zu _P₂P₁_, oder besser von _P₂_ aus bis _R_ und

zieht dann die Parallele _RP_ zu _P₂^*P₁_; wenn _k₂_ – _k₁_ und

_k₂_ – _k_ verschiedenes Vorzeichen haben, muß man _k₂_ – _k_ an

_P₂P₂^*_ verlängernd antragen, wie es bei der Konstruktion von (_P_)

geschehen ist. Übrigens sind diese Konstruktionen weder davon, daß

_P₂P₂^*_ ⊥ _P₂P₁_ ist, noch von dem gewählten Höhenmaßstab abhängig.

Auch rechnerisch, sehr bequem und ausreichend genau mittels des

Rechenschiebers, läßt sich die Kote von _P_ nach der Formel

_k_ = _k₁_ + _P₂P_/(_P₁P₂_) · (_k₂_ – _k₁_)

bestimmen.

§ 4. =Stufung (Graduierung) einer Geraden.= Durch Wiederholung der

eben beschriebenen Konstruktion kann man auf einer durch zwei Punkte

_P₁P₂_ eines kotierten Risses gegebenen Geraden _g_ solche Punkte

bestimmen, deren Höhenzahlen von Einheit zu Einheit, oder von 10 zu

10 Einheiten oder dergleichen, fortschreiten, wie das in Fig. 3 mit

bestimmten Werten ausgeführt ist. In _P₂_ ist an _g_ unter beliebigem

Winkel die Strecke _P₂P₂^*_ in Länge von 22,6 – 18,7 = 3,9 beliebigen

Einheiten angetragen und auf ihr in denselben Einheiten 22,6 – 22

= 0,6, 22,6 – 21 = 1,6 usw. abgetragen; die Parallelen durch die

erhaltenen Punkte schneiden auf _g_ die _Stufung_ (_Graduierung_) oder

den _Gefällemaßstab_ aus. Die gestufte Gerade erscheint wie ein aus

großer Höhe gesehener Steigbaum mit Sprossen.

[Illustration: Fig. 3.]

Eine lotrechte Gerade hat als Projektion einen Punkt und ist durch

dessen Angabe eindeutig bestimmt. Eine wagerechte Gerade hat keinen

Gefällemaßstab; sie ist durch ihre Projektion und durch Angabe der Höhe

irgendeines ihrer Punkte eindeutig bestimmt.

§ 5. =Intervall.= Die Entfernung zweier aufeinanderfolgender Punkte des

Gefällemaßstabes einer gestuften Geraden, gemessen in der Rißebene,

heißt ihr _Intervall_ _i_, und eine leichte geometrische Überlegung

oder auch die in § 2 gegebene Formel für das Gefälle ergibt tg φ =

1 : _i_. Je steiler also die Gerade ansteigt, um so kleiner ist ihr

Intervall, um so enger ihre Graduierung.

§ 6. =Schnitt zweier Geraden.= Zwei Geraden _g₁'_, _g₂'_ des Raumes

schneiden sich dann und nur dann, wenn ihre Projektionen _g₁_, _g₂_

einen Punkt _mit gleicher Kote_ gemeinsam haben; sie sind parallel,

wenn ihre Gefällemaßstäbe durch Parallelverschiebung zur Deckung

gebracht werden können, d. h. wenn erstens _g₁_ parallel zu _g₂_,

zweitens _i₁_ = _i₂_ ist, und drittens die Graduierungen von _g₁_ und

_g₂_ denselben Richtungssinn haben. Ist die dritte Bedingung nicht

erfüllt, so sind die beiden Geraden _g₁'_, _g₂'_ nicht parallel,

sondern jede von ihnen ist zu der Geraden, die sich durch irgendeinen

ihrer Punkte parallel zur anderen ziehen läßt (z. B. _g₂''_ || _g₂'_),

symmetrisch bezüglich des Lotes durch diesen Punkt (Fig. 4).

[Illustration: Fig. 4.]

Wenn _g₁_ und _g₂_ zusammenfallen, liegen _g₁'_, _g₂'_ in derselben

lotrechten Ebene; der Winkel ψ von _g₁'_ und _g₂'_ ist in einem

Dreieck zu finden (Fig. 5 u. 6), dessen Grundlinie durch Zusammenfügen

von _i₁_ und _i₂_ (mit Berücksichtigung des Richtungssinns)

entsteht, und dessen Höhe, die in dem _i₁_ und _i₂_ gemeinsamen

Punkt zu errichten ist, gleich der Einheit des Höhenmaßstabes ist.

Der Schnittwinkel ψ ist ein rechter, wenn die Höhe 1 die mittlere

Proportionale zwischen _i₁_ und _i₂_ ist, d. h. wenn

_i₂_ = 1 : _i₁_,

und überdies die Graduierungen entgegengesetzten Sinn haben.

[Illustration: Fig. 5.]

[Illustration: Fig. 6.]

§ 7. =Ebene.= Zwei sich schneidende oder parallele Geraden des Raumes

bestimmen eine Ebene. Nachdem die beiden Geraden gestuft sind, lassen

sich die _Schichtlinien_ der Ebene als Verbindungsgeraden der Punkte

gleicher Höhenzahlen konstruieren; sie sind also parallele Geraden.

Wenn umgekehrt die Verbindungsgeraden je zweier und daher aller Punkte

gleicher Höhenzahlen auf zwei gestuften Geraden einander parallel

sind, dann liegen die Geraden in einer Ebene, d. h. schneiden sich,

wie in Fig. 7 _g₁_ und _g₂_, oder sind parallel, wie _g₁_ und _g₃_;

andernfalls kreuzen sie sich, wie _g₂_ und _g₃_.

[Illustration: Fig. 7.]

[Illustration: Fig. 8.]

§ 8. =Gefällemaßstab.= Die zu den Schichtlinien senkrechten Geraden

der Ebene heißen ihre _Fallinien_[1]; durch die Schnittpunkte mit den

Schichtlinien werden sie graduiert. Eine Ebene ist durch eine gestufte

Fallinie, ihren _Gefälle-_ oder _Böschungsmaßstab_, eindeutig gegeben;

man pflegt ihn als gestufte Doppelgerade (Fig. 8) zu zeichnen, wobei

die stärker ausgezogene oder mit einer Pfeilspitze versehene als die

eigentliche Fallinie gelten soll. Der Gefällemaßstab einer Ebene

erscheint danach wie eine aus großer Höhe gesehene Leiter mit ihren

Sprossen.

[1] In der Fig. 8 verläuft die Gerade 3,6 ... 9,6 zufällig wie

eine Fallinie.

§ 9. _Aufgabe._ Durch drei kotierte Punkte eine Ebene zu legen.

Man verbindet die Punkte durch drei Geraden, graduiert diese nach

§ 4, zeichnet durch Verbindung gleichkotierter Punkte der Geraden

die Schichtlinien der Ebene und danach senkrecht zu diesen den

Gefällemaßstab (Fig. 8).

§ 10. =Böschung, Fallen und Streichen.= Der Fallwinkel φ der Fallinien

heißt das _Einfallen_ oder das _Fallen_ der Ebene, tg φ ihre

_Böschung_, die durch zunehmende Höhen gegebene Richtung der Fallinien

die _Anstiegsrichtung_ der Ebene. Unter Streichrichtung versteht man

diejenige Richtung der Schichtlinien – die daher bei der Ebene auch

_Streichlinien_ heißen –, von der aus man im mathematisch positiven, d.

h. dem Uhrzeigerlaufe entgegengesetzten Sinne um einen rechten Winkel

zu drehen hat, um die Anstiegsrichtung der Ebene zu erhalten. Der

Winkel σ, um den man von einer festen (SN)-Richtung aus im positiven

Sinne zu drehen hat, um die Streichrichtung zu erhalten, heißt das

_Streichen_ der Ebene (Fig. 9).

[Illustration: Fig. 9.]

[Illustration: Fig. 10.]

Die Begriffe und Bezeichnungen des Fallens und Streichens einer Ebene

sind, wenn auch nicht immer eindeutig genug erklärt, dem Bergmanne

und Geologen sehr geläufig, weil durch die leicht ausführbare Messung

dieser Winkel an einem der Lage nach bekannten Orte auch die Lage

der Ebene, z. B. einer erzführenden ebenen oder als nahezu eben

anzunehmenden Schicht, vollständig bestimmt ist.

§ 11. _Aufgabe._ Um die soeben angedeutete Aufgabe zu lösen, d. h.

um in einer Karte die Ebene zu konstruieren, von der man an einem

bekannten Punkte _A_ (_k_ = 5,4) das Fallen φ (= 30°) und Streichen

σ (= 125°) beobachtet hat, legt man zunächst durch Antragen des

Winkels σ an die SN-Richtung die Streichrichtung und weiter nach

positiver Drehung um 90° die Anstiegsrichtung der Ebene fest. Ein

rechtwinkliges Hilfsdreieck, in dem die Kathete die Höheneinheit, der

gegenüberliegende Winkel gleich φ ist, liefert als andere Kathete das

Intervall einer Fallinie. Wählt man als Gefällemaßstab der Ebene die

durch den Punkt _A_ hindurchgehende Fallinie, so hat man von _A_ aus

in der Anstiegsrichtung 0,6 · _i_ abzutragen, um den Punkt der runden

Höhenzahl 6 zu finden und danach die Stufung vorzunehmen (Fig. 10).

§ 12. =Schnittgerade zweier Ebenen.= Zwei nicht parallele Ebenen

schneiden sich in einer Geraden. In der Karte der Ebenen erhält man

diese Gerade und zugleich ihre Stufung im allgemeinen als Ort der

Schnittpunkte gleichkotierter Schichtlinien (Fig. 11).

[Illustration: Fig. 11.]

[Illustration: Fig. 12.]

Das Verfahren versagt jedoch um so mehr, je mehr die Schichtlinien der

beiden Ebenen einander parallel werden. Dann schneidet man die beiden

Ebenen (1) und (2) durch eine beliebige Hilfsebene (3) in geeigneter

Lage, bestimmt die Schnittgeraden (1, 3) und (2, 3) und deren

Schnittpunkt _A_, der auf der Schnittgeraden (1, 2) gelegen sein muß.

Eine zweite Hilfsebene (4) bestimmt ebenso die Schnittgeraden (1, 4)

und (2, 4) und deren Schnittpunkt _B_; durch _A_ und _B_ ist aber die

gesuchte Schnittgerade (1, 2) völlig bestimmt (Fig. 12). Zweckmäßig,

und in der Figur ist das so ausgeführt, wählt man die zweite Hilfsebene

(4) so, daß ihr Gefällemaßstab der gleiche, aber entgegengesetzt

gerichtete zu dem von (3) ist. Da er ganz willkürlich ist, so genügt

es zur wirklichen Ausführung der Konstruktion, die Schichtlinien der

beiden gegebenen Ebenen durch zwei Parallelen _p'_, _p''_ in beliebigem

Abstand zu schneiden.

[Illustration: Fig. 13.]

[Illustration: Fig. 14.]

§ 13. =Ebenen mit parallelen Gefällemaßstäben.= Dieses Verfahren ist

auch anwendbar, wenn die Schichtlinien der beiden gegebenen Ebenen,

also auch ihre Gefällemaßstäbe genau parallel sind; man kann alsdann

_p'_, _p''_ mit diesen zusammenfallen lassen. Die Schnittgerade

steht jetzt senkrecht auf den beiden Gefällemaßstäben, weil sie die

gemeinsame Schichtlinie der beiden Ebenen ist (Fig. 13).

Für den Fall zweier Ebenen mit parallelen Schichtlinien läßt sich auch

folgende Konstruktion ausführen. Man denke sich die Punkte gleicher

Höhenzahlen der beiden parallelen Gefällemaßstäbe durch Geraden

verbunden; je zwei werden in ihrem Schnittpunkt wegen der Ähnlichkeit

der entstehenden Scheiteldreiecke im Verhältnis der Intervalle

der beiden Gefällemaßstäbe geteilt, sie haben also alle denselben

Schnittpunkt _P_. Er muß ein Punkt der gesuchten Schnittgeraden

sein, weil diese auch zwei Punkte gleicher Höhenzahlen verbindet.

Die Schnittgerade ist also das Lot durch _P_ auf den gegebenen

Gefällemaßstäben (Fig. 14).

§ 14. =Ebenen gleicher Böschung.= Jeder Punkt der Schnittgeraden zweier

Ebenen gleicher Böschung hat von zwei gleichkotierten Streichlinien der

Ebenen dieselbe Entfernung; denn (Fig. 15) _PA_ und _PB_ sind Stücke

zwischen gleichkotierten Punkten auf gleichgraduierten Fallinien. Die

Schnittgerade halbiert ferner in der Horizontalprojektion den Winkel

der beiden Schichtlinien; das folgt aus der Kongruenz der beiden

rechtwinkligen Dreiecke _PAC_ und _PBC_.

Diese Sätze gelten auch, wenn die gerichteten Fallinien der beiden

Ebenen miteinander einen gestreckten Winkel bilden. Die Schnittgerade

ist dann die Streichlinie, die durch den beiden Fallinien gemeinsamen

Punkt derselben Höhenzahl hindurchgeht.

[Illustration: Fig. 15.]

[Illustration: Fig. 16.]

§ 15. =Schnittpunkt einer Geraden mit einer Ebene.= Man legt durch

die gegebene Gerade _g_ (Fig. 16) eine beliebige Hilfsebene, von der

irgend zwei Streichlinien genügen, und ermittelt deren Schnittpunkte

mit den gleichkotierten Schichtlinien der gegebenen Ebene; damit ist

die Schnittgerade _s_ beider Ebenen bestimmt, und dadurch der gesuchte

Punkt _P_ als Schnittpunkt von _s_ mit _g_. Sind die Schnittgerade und

die gegebene Gerade einander parallel, wie in der Figur _s₁_ und _g₁_,

so ist auch die gegebene Gerade der Ebene parallel; der Gefällemaßstab

der Geraden kann durch Parallelverschiebung mit demjenigen zur Deckung

gebracht werden, den die Streichlinien der Ebene auf ihr ausschneiden.

Um den Abstand der Ebene von der parallelen Geraden zu bestimmen, ist

nur von irgendeinem ihrer Punkte ein Lot auf die Ebene zu fällen und

dessen Länge zu ermitteln, wie das sogleich gezeigt werden wird.

§ 16. =Lot von einem Punkte auf eine Ebene.= Man legt durch den

gegebenen Punkt _P_ (Fig. 17) eine Vertikalebene, die zugleich auf der

gegebenen senkrecht steht, sie demnach in einer Fallinie, also in einer

Parallelen zum gegebenen Gefällemaßstab _e_ der Ebene schneidet. Das

gesuchte Lot steht auf dieser Fallinie senkrecht; nach § 6 ist demnach

seine Graduierung entgegengesetzt und sein Intervall _i_ reziprok zu

dem des Gefällemaßstabes _e_, also aus dem in der Figur angegebenen

Dreieck _ABC_ zu entnehmen. Das gestufte Lot _l_ stellt zugleich

den Gefällemaßstab einer Ebene dar, die die gegebene längs einer

Schichtlinie schneidet, nämlich derjenigen, die durch den Fußpunkt _F_

des Lotes geht. Man zeichnet diese nach § 13, Fig. 14 und danach die

wahre Lotlänge _FQ_ nach § 1, wobei in der Figur _PR_ die Höheneinheit

ist.

[Illustration: Fig. 17.]

[Illustration: Fig. 18.]

Zur Konstruktion des Fußpunktes des Lotes ist übrigens nur

erforderlich, seinen Durchschnittspunkt mit der Ebene wie oben (§ 15)

zu ermitteln.

§ 17. =Kürzester Abstand zweier windschiefer Geraden.= Wenn man

(Fig. 18) durch die eine, _g₁_, der beiden gegebenen windschiefen

Geraden eine Ebene parallel zur anderen, _g₂_, legt und sodann von

irgendeinem Punkte _C_ der Geraden _g₂_ das Lot _CD_ auf diese Ebene

fällt, so hat _CD_ dieselbe Länge wie der gesuchte kürzeste Abstand

selbst. Wenn man ferner in der Ebene durch _D_ die Parallele zu _g₂_

zieht, so schneidet sie _g₁_ im Punkte _A_, dem einen Endpunkte des

gesuchten kürzesten Abstandes; der andere, _B_, liegt auf _g₂_ als

Schnittpunkt des in _A_ auf der Ebene errichteten Lotes _AB_. Die

Konstruktion ist danach folgendermaßen: Man legt durch einen beliebigen

Punkt (1) der einen Geraden _g₁_ eine Parallele _p_ zur zweiten _g₂_,

so daß also _p_ und _g₂_ gleiche Stufungen haben. Durch _p_ und _g₁_

ist eine zu _g₂_ parallele Ebene bestimmt, deren Schichtlinien sich

durch Verbindung gleichkotierter Punkte von _p_ und _g₁_ ergeben; _e_

sei ihr Gefällemaßstab. Nun fällt man von irgendeinem Punkte _C_ (= 3)

von _g₂_ das Lot _CD_ auf diese Ebene, entsprechend dem Vorhergehenden:

das Dreieck mit dem rechten Winkel bei _H_, dessen Höhe gleich der

Einheit des Höhenmaßstabes ist, liefert das (in der Figur stark

ausgezogene) Intervall, das zu dem von _e_ reziprok ist, und mit dem

die durch _C_ parallel zu _e_ gezogene Gerade _q_ entgegengesetzt zu

_e_ graduiert wird; vom Schnittpunkt _S_ der Verbindungsgeraden 2–2,

4–4 gleichkotierter Punkte auf _q_ und _e_ ist die Senkrechte _SD_ auf

_q_ gefällt, die den Fußpunkt _D_ des gesuchten Lotes ergibt. Durch ihn

zieht man die Parallele zu _g₂_, die _g₁_ im Fußpunkt _A_ des gesuchten

kürzesten Abstandes schneidet. Den anderen Endpunkt _B_ findet man

durch _AB_ || _CD_.

[Illustration: Fig. 19.]

§ 18. =Drehen einer Ebene um eine Streichlinie in die wagerechte

Lage.= Es kommt oft vor, daß man in einer durch ihren Gefällemaßstab

gegebenen Ebene Messungen von Winkeln oder Längen, oder Konstruktionen

maßstäblicher Natur auszuführen hat; das ist nicht ohne weiteres

möglich, wenn die Ebene nicht zur Zeichenebene parallel, also

nicht wagerecht ist. Man hat sie vielmehr erst in die wagerechte

Lage zu bringen, zweckmäßig durch Drehung um eine Streichlinie. Es

sei (Fig. 19) _AB_ (Höhe 0) diese Streichlinie einer Ebene, deren

Gefällemaßstab rechts in der Figur zu sehen ist. Durch Drehung geht

die Schar der Streichlinien in eine andere dazu parallele Schar über,

die mit der ursprünglichen die Streichlinie _AB_ gemeinsam hat. In

wagerechter Lage der Ebene ist der Abstand zweier Streichlinien mit

dem ursprünglichen Höhenunterschied 1 die Hypotenuse in dem Dreieck,

dessen Katheten das ursprüngliche Intervall _i_ und die Einheit des

Höhenmaßstabes sind (in der Figur links angegeben). Bei der Drehung

beschreibt jeder Punkt _C_ einen Kreis, dessen Ebene zu _AB_ senkrecht

ist und daher die Rißebene in dem Lot _CH_ auf _AB_ schneidet. Um also

den Punkt _C^*_ zu finden, in den _C_ nach der Drehung übergeht, hat

man nur die mit _C_ gleichkotierte Schichtlinie (in der Figur die mit

der Höhenzahl 7) nach der Drehung mit diesem Lot zum Schnitt zu bringen.

Auf diese Weise läßt sich die wahre Gestalt einer Figur _CDEF_ der

gegebenen Ebene als _C^*D^*E^*F^*_ konstruieren; also auch z. B. die

wahre Größe des Schnittwinkels zweier Geraden _AC_ und _BC_ als Winkel

_AC^*B_. Eine nützliche Kontrolle besteht in der Konstruktion der

wahren Längen von _AC_ und _BC_ als _AC^*_ und _BC^*_ nach § 1, wie in

der Figur angegeben.

Durch Umkehrung der Konstruktion kann man eine gegebene Figur in eine

durch ihren Gefällemaßstab gegebene Ebene einzeichnen.

§ 19. =Schnittwinkel zweier Ebenen.= Wenn man von irgendeinem Punkte,

der auf keiner der beiden Ebenen gelegen ist, auf diese die beiden Lote

fällt, so schließen sie miteinander dieselben Winkel ein wie die beiden

Ebenen. In § 16 ist das Fällen eines Lotes auf eine Ebene gezeigt

worden. Durch diese beiden Lote ist eine Ebene bestimmt. Dreht man nun

diese Ebene der beiden Lote um eine ihrer Schichtlinien, d. h. um eine

Verbindungsgerade gleichkotierter Punkte der Lote, in die wagerechte

Lage (nach § 18), so erhält man die gesuchten Schnittwinkel in wahrer

Größe. Der Leser führe danach die Konstruktion aus.

Eine etwas andere Lösung der Aufgabe ist folgende. Man zeichnet zuerst

nach § 12 die Schnittgerade beider Ebenen als geometrischen Ort der

Schnittpunkte gleichhoher Streichlinien, sodann irgendeine, diese

Schnittgerade senkrecht schneidende Hilfsebene; ihr Böschungsmaßstab

läuft parallel zur Projektion der Schnittgeraden. Diese Hilfsebene

schneidet die beiden gegebenen Ebenen in zwei Geraden, die die

gesuchten Winkel miteinander einschließen. Dreht man also die

Hilfsebene um eine ihrer Schichtlinien in die wagerechte Lage, so

erhält man dadurch auch die Schnittwinkel der beiden gegebenen Ebenen

in wahrer Größe.

[Illustration: Fig. 20.]

Die Durchführung der Konstruktion ist aus der Fig. 20 zu entnehmen:

I und II sind die Gefällemaßstäbe der beiden gegebenen Ebenen, _s_

ihre Schnittgerade, _h_ der Gefällemaßstab der auf _s_ senkrechten

Hilfsebene, dessen Intervall reziprok und entgegengesetzt zu dem

von _s_ ist. Irgendeine Schichtlinie der Hilfsebene schneidet die

gleichhohen Schichtlinien von I und II in je einem Punkte _A₁_,

_A₂_. Ist _C_ die Projektion des Schnittpunktes der Hilfsebene mit

der Geraden _s_ (§ 15), so enthält das Dreieck, dessen Projektion

_A₁CA₂_ ist, bei _C_ einen der gesuchten Winkel, und man findet seine

wahre Größe durch Drehung dieses Dreiecks um die Gerade _A₁A₂_ in die

wagrechte Lage _A₁C^*A₂_. Den Punkt _C^*_ findet man einfach, wenn

man durch _s_ einen Vertikalschnitt legt und diesen in die wagerechte

Lage umklappt. Es entsteht das rechtwinklige Dreieck 233' (worin 33'

der Höheneinheit gleich ist), und das Lot, das vom Schnittpunkte

_B_ von _A₁A₂_ mit _s_ auf die Hypotenuse 23' gefällt werden kann,

gibt den Punkt _C'_, in den durch das Umklappen der Scheitel der

gesuchten Winkel übergegangen ist. _BC'_ ist also die Höhe des oben

erwähnten Dreiecks, und man hat mithin nur _BC^*_ = _BC'_ von _B_ auf

_s_ abzutragen, um den Punkt _C^*_ zu erhalten. Der Winkel _A₁C^*A₂_

und sein Supplementwinkel sind die gesuchten Schnittwinkel der beiden

Ebenen.

§ 20. =Böschungskegel.= Alle durch denselben Punkt gehenden

Ebenen gleichen Gefälles umhüllen einen geraden Kreiskegel, den

Böschungskegel. Die Böschung der Ebenen heißt auch die des Kegels.

Seine Schichtlinien werden in der Projektion durch konzentrische Kreise

dargestellt, deren Mittelpunkt die Projektion des Scheitels des Kegels

ist. Die Radien der Kreise stellen die Mantelgeraden des Kegels dar,

und stimmen, in geeigneter Weise durch die Schichtkreise des Kegels

gestuft, auch mit den Gefällemaßstäben der Ebenen überein.

Der Böschungskegel kann zur Konstruktion folgender Aufgaben benutzt

werden:

1. _In einer gegebenen Ebene durch einen gegebenen Punkt die Geraden

von gegebenem Anstieg zu zeichnen._ Man mache den Punkt zur Spitze

des Böschungskegels vom gegebenen Anstieg; seine Schnittlinien mit

der Ebene sind die gesuchten Geraden. Zu ihrer Konstruktion genügt

es, irgendeinen Schichtkreis des Kegels mit der gleichkotierten

Streichlinie der Ebene zum Schnitt zu bringen (Fig. 21).

[Illustration: Fig. 21.]

[Illustration: Fig. 22.]

2. _Durch eine gegebene Gerade die Ebenen von gegebener Böschung zu

legen._ Man mache irgendeinen Punkt der Geraden zur Spitze eines Kegels

der gegebenen Böschung; die gesuchten Ebenen sind diejenigen seiner

Berührungsebenen, die durch die gegebene Gerade gehen. Man konstruiert

sie, indem man von irgendeinem zweiten Punkte der Geraden die beiden

Tangenten an den mit ihm gleichkotierten Schichtkreis des Kegels legt

(Fig. 22).

Die Lösungen beider Aufgaben werden nicht reell, wenn die Böschung der

Ebenen kleiner ist als die der Geraden.

§ 21. =Kreiszylinder, schiefer Kreiskegel, Kugel.= Die Schichtlinien

eines schiefen Kreiszylinders mit wagerechter Grundfläche sind Kreise

vom selben Radius, deren Mittelpunkte auf der entsprechend der Neigung

gestuften Zylinderachse liegen. Ist der Zylinder gerade, so lagern sich

alle Schichtkreise kongruent übereinander.

[Illustration: Fig. 23.]

Die Schichtlinien eines schiefen Kreiskegels mit wagerechter

Grundfläche sind Kreise, deren Mittelpunkte auf der gestuften

Projektion der Kegelachse liegen, und deren Radien sich am einfachsten

aus demjenigen durch die Achse gelegten ebenen Schnitte ergeben, dessen

Schnittfigur ein gleichschenkliges Dreieck ist (Fig. 23).

Die Figur 24 zeigt die Darstellung der oberen Hälfte eines geraden

Kreiszylinders mit wagerechter Achse; seine Schichtlinien sind

parallele Geraden, seine Halbkreise stellen sich dar als Geraden, die

die Schichtlinien senkrecht durchsetzen und von ihnen nach einem leicht

aufzustellenden Gesetze ungleichmäßig gestuft werden.

Eine entsprechende Darstellung tritt offenbar auch auf bei einem

Zylinder mit beliebigem Querschnitt, wenn nur seine erzeugenden Geraden

horizontal verlaufen.

Sind die erzeugenden Geraden des Zylinders nicht horizontal, so

bestehen seine Schichtlinien aus kongruenten Kurven, die aus einer von

ihnen durch Verschiebung längs der erzeugenden Geraden hervorgehen; aus

der Fig. 79 S. 55 ist ein Beispiel dafür zu entnehmen.

[Illustration: Fig. 24.]

[Illustration: Fig. 25.]

Die Schichtlinien einer Halbkugel sind konzentrische Kreise, deren

Radien sich aus einem lotrechten Schnitt durch den Mittelpunkt der

Kugel ergeben (Fig. 25).

§ 22. =Andere Oberflächen.= Von andern gekrümmten Oberflächen, die

sich durch ihre Schichtlinien in einfacher Weise darstellen lassen,

seien hier nur beispielsweise folgende erwähnt:

1. Wenn man die gleichkotierten Punkte zweier windschiefer Geraden

geradlinig verbindet, so ergibt sich eine windschiefe Fläche mit

geradlinigen Schichtlinien, ein _hyperbolisches Paraboloid_ (Fig. 26).

Sein Umriß, aus sehr großer Höhe von oben gesehen, ist eine Parabel,

die auch in der Figur deutlich erkennbar ist.

[Illustration: Fig. 26.]

2. Der Leser versuche, die Schichtlinien einer gemeinen

_Schraubenfläche_ mit senkrechter Achse darzustellen, und zwar etwa

eine vollständige Windung mit der Ganghöhe 8 Höheneinheiten. Man kann

sie sich vorstellen als Wendeltreppe, von der je 8 Stufen einen Umgang

bilden.

[Illustration: Fig. 27.]

3. Die Darstellung einer _Umdrehungsfläche_ mit lotrechter Drehachse

durch ihre Schichtlinien ergibt ein System konzentrischer Kreise,

deren Radien aus einem Achsenschnitt der Fläche entnommen werden können

(Fig. 27). Über die Bedeutung der Linie _DD_ vgl. § 60 S. 41.

II. ELEMENTARE ANWENDUNGEN

§ 23. =Zweck der Anwendungen.= In diesem Abschnitte wird es sich darum

handeln, die Verwendbarkeit der vorher entwickelten Konstruktionen

an einigen einfachen Aufgaben zu zeigen. Der Leser wird finden, daß

diese Aufgaben fast sämtlich ihre Anregung gewissen praktischen Fragen

verdanken, von denen sie, freilich zunächst unter sehr vereinfachenden

Annahmen, sozusagen den geometrischen Kern bilden. Es wird für den

Leser, der sich damit auch nur ein wenig vertraut machen will, wohl

unerläßlich sein, die eine oder andere der Aufgaben selber zeichnerisch

in größerem Maßstabe auszuführen. Die einfachsten Zeichenmittel genügen

dazu.

§ 24. =Aufführung eines Dammes.= Zwei ebene geneigte Hänge mögen ein

Tal bilden, dessen tiefste Linie, der Talweg, die Schnittgerade der

beiden Ebenen (§ 12) ist. Es soll ein aus ebenen Flächen gebildeter

Damm von gegebenem trapezförmigen Querschnitte, oder auch von gegebener

Breite und gegebenen Böschungen (§ 10), aufgeführt werden, von dem

die Mittellinie der Dammkrone zwei gegebene gleichkotierte Punkte der

beiden Hänge geradlinig verbindet.

[Illustration: Fig. 28.]

[Illustration: Fig. 28 a.]

Man ziehe Parallelen zur Verbindungslinie der beiden gegebenen

Punkte _A_, _B_ (Fig. 28), und zwar zunächst die beiden die

Dammkrone begrenzenden Geraden, sodann je noch irgendeine andere der

Schichtgeraden beider Böschungen, deren senkrechte Abstände von der

Mittellinie aus dem gegebenen Dammprofil (Fig. 28 a) zu entnehmen sind.

Die Schnittpunkte dieser Schichtgeraden mit den gleichkotierten der

beiden gegebenen Ebenen (§ 12) sind mit den Ecken des Dammes durch

Geraden zu verbinden, die sich auf dem Talwege schneiden müssen.

[Illustration: Fig. 29.]

Bei der Ausführung der Zeichnung sind nur die sichtbaren Teile der

Schichtlinien auszuziehen.

§ 25. =Querprofil.= Durch die in der vorigen Figur 28 gegebene

Geländeanordnung längs einer gegebenen Richtung _MN_ einen

Vertikalschnitt (Querprofil) zu legen.

Da die Begrenzung des verlangten Querprofils nur aus geradlinigen

Stücken zusammengesetzt ist, genügt es, von jedem dieser Stücke zwei

Punkte zu ermitteln. Man zeichnet die wagerechte Gerade 6–6 und mittels

des gegebenen Höhenmaßstabs die erforderlichen Horizontalen in den

verschiedenen Höhen, auf denen man, ausgehend von _M_, die horizontalen

Abstände der Punkte des gesuchten Querprofils abzutragen hat (Fig. 29).

§ 26. =Anlage eines ebenen Platzes.= Konstruktion eines rechteckigen

ebenen Platzes in gegebener Höhe (5) in einem durch zwei ebene Hänge

begrenzten Gelände. Böschung (§ 10) des Planums im Auftrage 2 : 3, im

Abtrage 3 : 1.

[Illustration: Fig. 30.]

[Illustration: Fig. 30 a.]

Man bestimmt zunächst die Schnittpunkte _A_, _B_, _C_, _D_ der

gleichhohen Schichtlinien (5) der beiden Geländeebenen mit der

Begrenzungslinie des Platzes, wodurch ersichtlich wird, an welchen

Teilen aufgeschüttet und an welchen abgetragen werden muß (Fig. 30).

Nachdem man aus den gegebenen Böschungen die Intervalle (§ 5) und damit

die Gefällemaßstäbe (§ 8) der Böschungsebenen ermittelt hat (vgl. die

kleine Fig. 30 a), genügt es, von den Ebenen einige Streichlinien

(zur Kontrolle mehr als nötig) zu zeichnen und ihre Schnittgeraden

mit den Geländeebenen und untereinander zu bestimmen (§ 12); letztere

müssen (§ 14) die Schichtlinienwinkel (hier rechte), also auch die

(hier ebenfalls rechten) Winkel der Begrenzung des Platzes halbieren.

Zu beachten ist besonders die Konstruktion des Böschungseckpunktes

_X_ talaufwärts, der als Schnittpunkt von _AA'_, _BB'_ und dem Talweg

beider Geländeebenen erhalten wird, wobei _A'_, _B'_ die Schnittpunkte

der Böschungsschichtlinie 4 mit den, hier über den Talweg hinaus zu

verlängernden Streichlinien 4 der Geländeebenen sind.

§ 27. =Weg gegebener Steigung.= Auf einem gegebenen ebenen Hange

von einem gegebenen Punkte aus einen geraden Weg gegebener Steigung

anzulegen, dessen Breite und Böschungen gegeben sind. Steigung 20% =

1 : 5, Böschung im Abtrag 3 : 1, in der Aufschüttung 2 : 3 (Fig. 31).

[Illustration: Fig. 31.]

[Illustration: Fig. 31 a.]

Man stelle sich aus der gegebenen Steigung des Weges zunächst das

Intervall seiner Mittellinie her (Fig. 31 a) und zeichne sie in das

gegebene Gelände ein mittels der Böschungskegel, wie in § 20 angegeben:

zweckmäßig trägt man immer von dem gegebenen Punkte _A_ aus das

Intervall, sein Doppeltes, Dreifaches usw. ab, und stellt zur Kontrolle

fest, ob die erhaltenen Punkte der Streichlinien auf einer Geraden

liegen. In diesen Punkten trägt man senkrecht zur Mittelgeraden die

gegebene Wegebreite auf, wodurch die Berandungen des Weges gefunden

und zugleich graduiert werden. Durch diese hat man die Böschungsebenen

zu legen, ebenfalls mittels der Böschungskegel, wie in § 20 gezeigt.

Die Radien der zu zeichnenden Schichtkreise der Böschungskegel sind

gleichfalls aus der Fig. 31 a zu entnehmen.

§ 28. =Streichen und Fallen einer Ebene.= An den Böschungsebenen eines

Eisenbahneinschnitts beobachtet man die Grenzlinie (Ausbißlinie, d. h.

Schnitt mit der Oberfläche) einer ebenen geologischen Schicht. Es ist

Streichen und Fallen (§ 10) der Schicht zu bestimmen.

[Illustration: Fig. 32.]

Man ermittelt die Schichtlinien der gesuchten ebenen Schicht durch

Verbindung der gleichkotierten Schnittpunkte der beiden beobachteten

Geraden und der Schichtlinien der Böschungen. Jene Schichtlinien müssen

parallel und von gleichem Abstand sein, wenn anders die beobachtete

Schicht nicht eben ist. Dadurch ist der Gefällemaßstab und damit nach

§ 10 das Streichen und Fallen bestimmt. Der Streichwinkel ist in der

Fig. 32 durch einen Bogen angedeutet.

§ 29. =Dachausmittelung.= Unter Dachausmittelung versteht man im

darstellend-geometrischen Sinne die Konstruktion von (im allgemeinen)

ebenen Dachflächen gegebener Böschung auf einem gegebenen geradlinigen

Gebäudegrundriß. Hierbei wird hauptsächlich von den Sätzen des § 14

über den Schnitt zweier Ebenen gleichen Gefälles Gebrauch gemacht.

Jedoch ist zu bemerken, daß sich nicht allgemeine Gesichtspunkte zur

Konstruktion von Dachflächen angeben lassen, und vor allem, daß die

im folgenden ausgeführten Konstruktionen nicht immer in der Praxis

der Architekten Verwendung finden; das liegt sowohl in mancherlei

Zweckmäßigkeitsgründen wie auch an ästhetischen Rücksichten. Hier

sollen nur einige einfache Dachausmittelungen als Anwendungen gegeben

werden.

Darstellende Geometrie des Geländes und verwandte Anwendungen der Methode der kotierten Projektionen · 第 1 / 7 段