1樓:Max
朋友!我看到你「懸鏈線最低點處的水平拉力怎麼求?」(已知繩兩端點跨度和重力)這個問題,我也碰到了這個問題,請問您有解決嗎?
2樓:丘水
高數上冊第319頁有乙個求懸鏈線的曲線的案例。根據這個案例可以知道,在切線不平行於x軸的任意點處張力與所受的重力的比值等於tanθ。
圖如下先對A點受力分析,可知,A點只受到向x軸正負方向的張力H。
對B點進行受力分析可知,B點受到切線往上的牽引力T和往下的牽引力-T,而往下的牽引力可以被分解為AB段的重力(ρgs大小等於Tsinθ)以及朝x軸方向的張力(H大小等於Tcosθ)。T方向為懸鏈線在B點的切線上。
可以看出B點處重力與水平的牽引力的比值關係為tanθ,所以求牽引力,只需要求AB的重力以及B點的斜率。可列公式如下
tanθ = s/a 令a = H/ρg (1)
而tanθ = y'
曲線AB的長度 s = ∫[0,x]√(1+y')dx ,區間0到x,x是指B點的橫座標。 (2)
(2)代入(1)中,得y' = 1/a*∫[0,x]√(1+y')dx
上式積分得y'' = 1/a*√(1+yƉ)
設OA = t ,那麼初始條件為x=0時y=a,y'= 0
令y' = p ,則y'' = dp/dx 代入(3)中
dp/√(1+p) = dx/a
兩端積分得 ln(p+√(1+p))= x/a+C14)
將初始條件代入,得C1 = 0
(4) 變成 ln(p+√(1+p))= x/a
因為ln(√(1+p)-p)+ln(√(1+p)+p) = 0
可以解出 p = 1/2(e^(x/a)-e^(-x/a)) = yƋ)
(5)代入(2) 求得s = 1/2*a*(e^(x/a)+ e^(-x/a)) -1
H = sρg/y' =p*g*( 1/2*a*(e^(x/a)+ e^(-x/a)) -1 )/(1/2(e^(x/a)-e^(-x/a)))
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