悬链线(悬链线和抛物线区别)

软件问答 2023.01.21 226

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悬链线方程是什么时候学的?

1690年。与达芬奇的时代时隔170年,1690年,瑞士数学家雅各布伯努利在一篇论文中提出了确定悬链线性质(即方程)的问题。该问题存在多年且一直被人研究。伽利略就曾推测过悬链线是一条抛物线,但问题一直悬而未决。

悬链线方程是什么?

悬链线的方程是一个双曲余弦函数,其标准方程为:y=a cosh(x/a)。

悬链线 (Catenary)指的是一种曲线,指两端固定的一条(粗细与质量分布)均匀、柔软(不能伸长)的链条,在重力的作用下所具有的曲线形状。

例如悬索桥等,因其与两端固定的绳子在均匀引力作用下下垂相似而得名。适当选择坐标系后,悬链线的方程是一个双曲余弦函数,其标准方程为:y=a cosh(x/a),其中,a为曲线顶点到横坐标轴的距离。

发展

从外表上看,悬链线真的很像抛物线。荷兰物理学家惠更斯用物理方法证明了这条曲线不是抛物线,但到底是什么,他一时也求不出来。直到几十年后,雅各布·伯努利再次提出这个问题。

解决问题

与达芬奇的时代时隔170年,久负盛名的雅各布·伯努利在一篇论文中提出了确定悬链线性质(即方程)的问题。实际上,该问题存在多年且一直被人研究。伽利略就曾推测过悬链线是一条抛物线,但问题一直悬而未决。雅各布觉得,应用奇妙的微积分新方法也许可以解决这一问题。

悬链线是什么

悬链线是一种常用曲线,物理上用于描绘悬在水平两点间的因均匀引力作用下的软绳的形状,因此而得名。它的公式为:或者简单地表示为其中cosh是双曲余弦函数,是一个由绳子本身性质和悬挂方式决定的常数,轴为其准线。具体来说,,其中是重力加速度,是线密度(假设绳子密度均匀),而是绳子上每一点处张力的水平分量,它取决于绳子的悬挂方式;若绳子两端在同一水平面上,则下面的方程决定了其中L是绳子总长的一半,d是端点距离的一半。悬索桥、双曲拱桥、架空电缆都用到悬链线的原理。在工程中有一种应用,称作悬链系数。如果我们改变公式的写法,会给工程应用带来很大帮助,公式及图像如下:

File:Catenary02.png

还有以下几个公式,可能也有用:

其中是曲线中某点到0点的链索长度,是该点的正切角,是0点处的水平张力,是链索的单位重量。利用上述公式即能计算出任意点的张力。

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