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梳妆台上的项链
CATENARY

悬链线。

项链垂下来的弧线, 是抛物线吗?

梳妆台 / 一条项链
FIG. 02 / 重力与平衡GEOMETRIC MODEL
y = a cosh(x/a)
01 / DIAGRAMS

先挂起来,
和抛物线比一比。

拿住项链的两端,让中间自然垂下。这条弧线很像抛物线,但对一根均匀、柔软的细链来说,它叫悬链线。

CATENARY01 / 03

虚线与悬链线共享两端和最低点,比较中间的形状。

SCROLL TO UNFOLD ↓
01 / OBSERVE

只托住两端。

拿住项链两端,让中间自然垂下,等它静止。柔软的数据线也能用来比较,不过线材的硬度和接头的重量会影响形状。

均匀细链 · 只受自重 · 静止
02 / OBSERVE

越靠近两端,要托住的越多。

从中央往一侧走,链条要平衡的重量逐渐增加。拉力的水平分量保持相同,竖直分量随托住的链长增加,切线因此越来越陡。

水平拉力 H 不变 · 竖直拉力随链长增加
03 / OBSERVE

为什么容易认成抛物线?

在最低点附近,两者确实很像。把悬链线公式中的双曲余弦展开,最先出现的弯曲项就是二次项;范围扩大后,更高次项的影响才明显起来。

cosh z = 1 + z²/2 + z⁴/24 + …
02 / YOUR TURN

两条弧线,哪里不一样?

拖动参数,改变同样跨度下的下垂深度。打开抛物线虚线,比较两条曲线之间的空隙。

LIVE GEOMETRY / CATENARY02 / 09
y = a cosh(x/a)
03 / TRY IT OFFSCREEN

找一条
柔软的项链。

TRY THIS / 实物试一试

一条项链

把两端慢慢拉远,看中间怎样变平。如果再在中央挂一枚戒指,原来的弧线会怎样变?这时,细链就不再只受自身重量了。

MODEL / 模型的适用条件

要求足够柔软、单位长度质量均匀、静止且只受自重。硬线材、粗接头或额外重物都会改变轮廓。图中纵向翻转了数学坐标以呈现下垂。

参考资料:悬链线 ↗
CATENARY / 02

项链安静垂着,拉力却并不处处相同。

放在一起看 / ANOTHER CONNECTION抛物线这道水痕是抛物线吗?