
cycloidal
cycloid
【电】 cycloid
摆线(Cycloid)是几何学中描述圆形物体在平面上无滑动滚动时,圆周上某固定点形成的轨迹曲线。该术语在汉英词典中对应英文"cycloid",源自希腊语"kuklos"(圆)与"eidos"(形状)的组合。其数学定义为:当半径为(r)的圆沿x轴滚动时,初始位置在原点处的圆周点P的轨迹满足参数方程: $$ x = r(theta - sintheta) y = r(1 - costheta) $$ 这一经典曲线具有等时性(tautochrone property)和最速降线(brachistochrone curve)特性,被应用于钟摆设计、过山车轨道建模等物理领域。根据《数学名词》第三版(科学出版社,2019),摆线属于旋轮线(roulette)的特殊形式,当滚动圆位于直线外侧时为普通摆线,若沿另一圆外侧滚动则形成外摆线(epicycloid)。美国数学学会(AMS)将其归类为超越曲线,因参数方程无法表示为有限次代数方程组合。
参考资料:
摆线是几何学中的一种重要曲线,指一个圆沿直线无滑动滚动时,其圆周上某固定点的运动轨迹,又称“旋轮线”。以下是详细解释:
当半径为(a)的圆在直线上滚动时,圆上定点形成的轨迹方程为: $$ begin{cases} x = a(varphi - sinvarphi) y = a(1 - cosvarphi) end{cases} $$ 其中(varphi)为圆心转过的角度(弧度)。
摆线在物理学(如最速降线问题)、工程学(齿轮设计)和数学分析中均有重要应用。例如,摆线是“等时曲线”,即物体仅受重力沿摆线下滑时,到达底部的时间与起点无关。
如需进一步了解摆线的推导或变体,可参考数学教材或几何学专著。
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