懸垂線(改訂版) (4回目)

2025/7/30()
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(点A,B)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)} = dxcosh2(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)}
 

このブログの人気の投稿

NEWS

N88-BASICでゲーム (1回目)

d88ファイルの変換 (1回目)