表达式的证明
如右图,设最低点处受水平向左的拉力
,右悬挂点处表示为
点,在
弧线区段任意取一段设为
点,则
受一个斜向上的拉力
,设
和水平方向夹角为
,绳子的质量为
,受力分析有:
;
,
,
, 其中
是右段
绳子的长度,
是绳子线重量密度,
为切线方向,记
, 代入得微分方程
;
利用弧长公式;
所以;
再把代入微分方程得
对于设
微分处理
得
其中;
对(2)分离常量求积分
得,即
其中为反双曲函数;
当时,
;
带入得;
整理得.
悬索桥、双曲拱桥、架空电缆都用到悬链线的原理。在工程中有一种应用,称作悬链系数。如果我们改变公式的写法,会给工程应用带来很大帮助,公式及图像如下:
File:Catenary02.png
还有以下几个公式,可能也有用:
其中是曲线中某点到0点的链索长度,
是该点的正切角,
是0点处的水平张力,
是链索的单位重量。利用上述公式即能计算出任意点的张力。