
【化】 radius of curvature
曲率半徑(Radius of Curvature)是描述曲線在某一點處彎曲程度的一個關鍵幾何量。從漢英詞典的角度來看,其核心含義可概括為:
中文定義:
曲率半徑指曲線或曲面在某一點處的曲率(curvature)的倒數,即 ( R = frac{1}{kappa} )(其中 (kappa) 為曲率)。它表示該點處最貼近曲線的圓弧(密切圓)的半徑。曲率半徑越小,曲線在該點的彎曲程度越劇烈;反之則越平緩。
英文對應術語:
Radius of Curvature(縮寫:ROC)
對于平面曲線 ( y = f(x) ),曲率半徑 ( R ) 的計算公式為: $$ R = frac{ left(1 + left( frac{dy}{dx} right) right)^{3/2} }{ left| frac{dy}{dx} right| } $$ 此公式源于微積分中曲率 (kappa) 的定義((kappa = frac{|y''|}{(1 + (y'))^{3/2}})),故 ( R = frac{1}{kappa} )。
在道路、軌道設計中,需計算彎道的曲率半徑以确保安全轉彎半徑。例如,高速公路的最小曲率半徑需滿足車輛離心力限制。
透鏡表面的曲率半徑直接影響焦距,如凸透鏡焦距公式 ( f = frac{R}{2} )(近似薄透鏡模型)。
帶電粒子在磁場中的運動軌迹曲率半徑由洛倫茲力決定:( R = frac{mv}{qB} )(( m ) 為質量,( v ) 為速度,( q ) 為電荷量,( B ) 為磁感應強度)。
定義曲率半徑為“曲線在某點處的曲率的倒數,表征曲線局部彎曲程度”。
英文詳解曲率半徑的數學推導與幾何意義(公式見上文)。
強調其在機械工程中的應用,如凸輪輪廓、齒輪齒形的曲率半徑計算。
以圓周為例:圓的曲率半徑恒等于其半徑(( R = r ))。對于任意曲線,曲率半徑即該點處“最佳拟合圓”的半徑,此圓稱為“密切圓”(osculating circle),與曲線在該點具有相同的切線和曲率。
曲率半徑是微分幾何中描述曲線彎曲程度的核心概念,指某一點處與曲線最貼合的圓的半徑。具體解釋如下:
曲率半徑(R)是曲率(κ)的倒數,即: $$ R = frac{1}{κ} $$ 對于平面曲線:
在某點P的曲率半徑對應着該點處的密切圓(osculating circle),這個圓與曲線在P點具有:
工程設計中常用于:
曲線的彎曲程度越劇烈,曲率半徑越小。這個概念将抽象的彎曲程度量化為具體幾何尺度,是連接數學理論與工程實踐的重要參數。
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