把一条没有弹性的细绳绕在一个固定圆盘的圆周上,将铅笔系在绳的外端,把绳拉紧逐渐地展开,要求绳的拉直部分和圆保持相切,此时,我们把笔尖画出的曲线叫作圆的渐开线,相应的定圆叫作渐开线的基圆.
(2)渐开线的参数方程:
①动点(笔尖)所满足的几何条件:
如图(2),我们把圆盘抽象成一个圆,把铅笔尖抽象成一个动点M,它的初始位置记作A,绳子离开圆盘的位置记作B,随着绳子逐渐展开,动点B从点A出发在圆周上运动,动点M满足以下条件:
(Ⅰ)MB与圆相切于B;
(Ⅱ)MB的长度与B在圆周上走过的弧长相等,即MB=.
图(2) 图(3)
②渐开线的参数方程:
如图(3),以基圆圆心O为原点,直线OA为x轴,建立平面直角坐标系.设圆的半径为r,则动点M的初始位置A的坐标为(r,0),设动点M的坐标为(x,y),φ是以OA为始边、OB为终边的正角,令φ为参数,此时的弧长为rφ.
作ME⊥Ox,BC⊥Ox,垂足分别为E,C;
作MD⊥BC,垂足为D,则∠MBD=∠AOB=φ,由此可得圆的渐开线的参数方程是:(其中φ是参数).
1.在摆线的参数方程中α的取值范围是什么?
提示:α的取值范围为(-∞,+∞)
2.在图(1)中点O,E间的部分所成拱的宽度和高度各是多少?
提示:这一个拱的宽度等于滚动圆的周长2πr,拱高等于圆的直径2r.其中r为滚动圆的半径.