• 1.摘要
  • 2.方程的推导
  • 3.工程中的应用

悬链线

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:

image或者简单地表示为image

其中cosh是双曲余弦函数,image 是一个由绳子本身性质和悬挂方式决定的常数,image轴为其准线。具体来说,image,其中image是重力加速度,image是线密度(假设绳子密度均匀),而image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image

image

其中L是绳子总长的一半,d是端点距离的一半。

方程的推导

表达式的证明

如右图,设最低点image处受水平向左的拉力image,右悬挂点处表示为image点,在image弧线区段任意取一段设为image点,则image受一个斜向上的拉力image,设image和水平方向夹角为image,绳子的质量为image,受力分析有:

image

image

image

image, 其中image是右段image绳子的长度,image是绳子线重量密度,image为切线方向,记image, 代入得微分方程image;

利用弧长公式image;

所以image;

再把image代入微分方程得image

对于imageimage微分处理

image

其中image;

对(2)分离常量求积分

image

image,即image

其中image为反双曲函数;

image时,image

带入得image