跳起的悬链线:现象、理论和实验JUMPING CATENARY:PHENOMENOLOGY,THEORY AND EXPERIMENT
王雯宇,许武龙,许洋,杨旭东
摘要(Abstract):
从高台杯子中自由下落的链子跳起来是一个有趣的物理现象,变分原理和受力分析都表明其稳定形状是一个翻转的悬链线。我们研究了起跳条件,描述链子形状的参数,得到跳落高度和跳起高度之间是线性关系的结论。实验验证了该结论,并确定了落地点受力参数的大小,基本符合预期。大学物理课堂上给学生演示跳起链子实验之后,可以给学生扩展讲解变分原理、悬链线的计算等等。落地点受力参数值对研究一些掉落系统的问题有一定的参考作用。
关键词(KeyWords): 变分原理;分析力学;悬链线
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(11375001;11775012)
作者(Author): 王雯宇,许武龙,许洋,杨旭东
参考文献(References):
- [1]HEMAN H.Goldstine,A History of the Calculus of Variations from the 17th through the 19th Century[M].New York:Springer Verlag,1980.
- [2]HABIBI M,NAJAFI J,RIBE N M.Pattern formation in a thread falling onto a moving belt:an“elastic sewing machine”[J].Physical Review E Statistical Nonlinear&Soft Matter Physics,2011,84(2):016219.
- [3]BEHROOZI F,MOHAZZABI P,MCCRICKARD J.Unusual shapes for a catenary under the effects of surface tension and gravity:a variational treatment[J].Physical Review E Statistical Physics Plasmas Fluids&Related Interdisciplinary Topics,1995,51(2):1594.
- [4]克莱因M.古今数学思想[M].上海:上海科学技术出版社,2009.
- [5]周衍柏.理论力学教程[M].北京:高等教育出版社,2013.
- [6]赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程:力学[M].2版.北京:高等教育出版社,2004.