神奇的“最速曲线”

大多数人会说是红色钱,因为他最近。实验出真知,让我们看一个小实验。

看到了吧,直线并不是最快的。关于这个问题,300多年前就已经有了科学家的论证,其中包括牛顿、莱布尼兹、洛必达和伯努利家族的成员。这问题的正确答案是连接两个点上凹的唯一一段旋轮线。这条曲线被称作“最速曲线”。

再看这个动画演示,体会一下“最速曲线”。

最速曲线不仅是时间最短,速度最快的路径,还有很多神奇的特性。

最速曲线的等时性

四个颜色的小球在“最速曲线”的不同位置同时出发,却在同一时刻抵达终点。也就是说,在“最速曲线”上运动时的来回摆动与小球的初始为无关。

这个特性就有了时间的一致性。经过科学家的不断改进应用结构,就做成了“
钟摆 ”,来精确计时,这就是钟表的关键原理之一。所以,“最速曲线”也被称作“等时线”和“ 摆线 ”

过山车就是最速曲线的典型应用。

过上车的“最速曲线”

“最速曲线”就是一个圆在滚动时,其边缘上的一点所经过的路径。

最速曲线画法

到17 世纪,人们发现摆线具有如下性质:

  1. 它的长度等于旋转圆直径的 4 倍。
  2. 在弧线下的面积,是旋转圆面积的3倍。
  3. 圆上描出摆线的那个点, 具有不同的速度。
  4. 当弹子从一个摆线形状的容器的不同点放开时,它们会同时到达底部

最速曲线方程:

x=r(t-sint)
y=r(1-cost)

r为圆的半径, t是圆的半径所经过的角度(滚动角),当t由0变到2π时,动点就画出了摆线的一支,称为一拱。

下面再看看,下面的动画更能对比出最速曲线的快速。

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6条评论

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