懸垂線(改訂版) (4回目)
2025/7/30(水)
懸垂線(改訂版) (4回目)
(catenary)
懸垂線(カテナリー、紐を垂らしたときの曲線)
■ 前提
▼ 定義
g :重力加速度[m/s2]
ρ :紐の線密度[kg/m]
x0 :紐の底のx座標[m]
H :水平張力[N] (紐の頂点での張力)
y :紐の高さ[m] (紐の左端を原点とするxの関数)
y' :紐の傾き
▼ 懸垂線
λ = H/(ρg) と置く
y(x) = λ{cosh(x/λ - x0/λ) - cosh(x0/λ)}
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
▼ 問題
L :紐の長さ[m] (√(x12 + y12) < L)
x1 :紐の右端のx座標[m]
(2) L を g,ρ,x0,x1,H で表せ
■ (2)Lの導出
▼ 定義
ds :x~x+dx間(点A,B間)の紐の長さ(m)
▼ 紐の微小長さds
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
ds = √(dx2 + dy2) = dx√{1 + (dy/dx)2} = dx√(1 + y'2)
= dx√{1 + sinh2(x/λ - x0/λ)} = dx√cosh2(x/λ - x0/λ)
= cosh(x/λ - x0/λ)dx
▼ 紐の長さL
ds = cosh(x/λ - x0/λ)dx
を積分
L = ∫0x1ds = ∫0x1cosh(x/λ - x0/λ)dx
= λ[ sinh(x/λ - x0/λ) ]0x1
= λ{sinh(x1/λ - x0/λ) - sinh(-x0/λ)}
= λ{sinh(x1/λ - x0/λ) + sinh(x0/λ)}
■ 結果
▼ 定義
g :重力加速度[m/s2]
ρ :紐の線密度[kg/m]
L :紐の長さ[m] (0 < √(x12 + y12) < L)
x1 :紐の右端のx座標[m]
x0 :紐の底のx座標[m]
H :水平張力[N] (紐の頂点での張力)
y :紐の高さ[m] (紐の左端を原点とするxの関数)
y' :紐の傾き
▼ 紐の長さL
λ = H/(ρg) と置く
y(x) = λ{cosh(x/λ - x0/λ) - cosh(x0/λ)}
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
L = λ{sinh(x1/λ - x0/λ) + sinh(x0/λ)}
懸垂線(改訂版) (4回目)
(catenary)
懸垂線(カテナリー、紐を垂らしたときの曲線)
■ 前提
▼ 定義
g :重力加速度[m/s2]
ρ :紐の線密度[kg/m]
x0 :紐の底のx座標[m]
H :水平張力[N] (紐の頂点での張力)
y :紐の高さ[m] (紐の左端を原点とするxの関数)
y' :紐の傾き
▼ 懸垂線
λ = H/(ρg) と置く
y(x) = λ{cosh(x/λ - x0/λ) - cosh(x0/λ)}
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
▼ 問題
L :紐の長さ[m] (√(x12 + y12) < L)
x1 :紐の右端のx座標[m]
(2) L を g,ρ,x0,x1,H で表せ
■ (2)Lの導出
▼ 定義
ds :x~x+dx間(点A,B間)の紐の長さ(m)
▼ 紐の微小長さds
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
ds = √(dx2 + dy2) = dx√{1 + (dy/dx)2} = dx√(1 + y'2)
= dx√{1 + sinh2(x/λ - x0/λ)} = dx√cosh2(x/λ - x0/λ)
= cosh(x/λ - x0/λ)dx
▼ 紐の長さL
ds = cosh(x/λ - x0/λ)dx
を積分
L = ∫0x1ds = ∫0x1cosh(x/λ - x0/λ)dx
= λ[ sinh(x/λ - x0/λ) ]0x1
= λ{sinh(x1/λ - x0/λ) - sinh(-x0/λ)}
= λ{sinh(x1/λ - x0/λ) + sinh(x0/λ)}
■ 結果
▼ 定義
g :重力加速度[m/s2]
ρ :紐の線密度[kg/m]
L :紐の長さ[m] (0 < √(x12 + y12) < L)
x1 :紐の右端のx座標[m]
x0 :紐の底のx座標[m]
H :水平張力[N] (紐の頂点での張力)
y :紐の高さ[m] (紐の左端を原点とするxの関数)
y' :紐の傾き
▼ 紐の長さL
λ = H/(ρg) と置く
y(x) = λ{cosh(x/λ - x0/λ) - cosh(x0/λ)}
y'(x) = sinh(x/λ - x0/λ)
L = λ{sinh(x1/λ - x0/λ) + sinh(x0/λ)}