擺線是指一個(gè)圓在一條定直線上滾動(dòng)時(shí),圓周上一個(gè)定點(diǎn)的軌跡,又稱圓滾線、旋輪線。
1615年,梅森(Mersenne)鼓勵(lì)數(shù)學(xué)家們研究旋輪線。
1634年,羅貝瓦爾(Roberval)找出了旋輪線下的面積。(圓,三角形,正方形,六邊形,正多邊形都是3倍。)
1658年,雷恩(Wren)找出了旋輪線的弧長(zhǎng)。
1660年,維維亞尼(Viviani)測(cè)量了聲速。他確定了旋輪線的切線。
費(fèi)馬說(shuō):“圓上描出擺線的那個(gè)點(diǎn),具有不同的速度——事實(shí)上,在特定的地方它甚至是靜止的?!?br/>
伽利略:“我發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象,教堂的吊燈來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí),不管擺動(dòng)的幅度大還是小,每擺動(dòng)一次用的時(shí)間都相等?!?br/>
當(dāng)時(shí),他是以自己的心跳脈搏來(lái)計(jì)算時(shí)間的.從此以后,伽利略便廢寢忘食的研究起物理和數(shù)學(xué)來(lái),他曾用自行制的滴漏來(lái)重新做單擺的試驗(yàn),結(jié)果證明了單擺擺動(dòng)的時(shí)間跟擺幅沒(méi)有關(guān)系,只跟單擺擺線的長(zhǎng)度有關(guān).這個(gè)現(xiàn)象使伽利略想到或許可以利用單擺來(lái)制作精確的時(shí)鐘,但他始終并沒(méi)有將理想付之實(shí)行。
伽利略的發(fā)現(xiàn)振奮了科學(xué)界,可是不久便發(fā)現(xiàn)單擺的擺動(dòng)周期也不完全相等。原來(lái),伽利略的觀察和實(shí)驗(yàn)還不夠精確.實(shí)際上,擺的擺幅愈大,擺動(dòng)周期就愈長(zhǎng),只不過(guò)這種周期的變化是很小的。所以,如果用這種擺來(lái)制作時(shí)鐘,擺的振幅會(huì)因?yàn)槟Σ梁涂諝庾枇Χ鷣?lái)愈小,時(shí)鐘也因此愈走愈快。
過(guò)了不久,荷蘭科學(xué)家惠更斯決定要做出一個(gè)精確的時(shí)鐘來(lái).伽利略的單擺是在一段圓弧上擺動(dòng)的,所以我們也叫做圓周擺?;莞瓜胍页鲆粭l曲線,使擺沿著這樣的曲線擺動(dòng)時(shí),擺動(dòng)周期完全與擺幅無(wú)關(guān),這群科學(xué)家放棄了物理實(shí)驗(yàn),純粹往數(shù)學(xué)曲線上去研究,經(jīng)過(guò)不少次的失敗,這樣的曲線終於找到了,數(shù)學(xué)上把這種曲線叫做“擺線”,“等時(shí)曲線”或“旋輪線”。
帕斯卡說(shuō):“我發(fā)現(xiàn)了外旋輪線。而且發(fā)現(xiàn)其中的一種特殊情況,以我的名字命名為帕斯卡渦線。也發(fā)現(xiàn)內(nèi)旋輪線?!?br/>
托里拆里說(shuō):“當(dāng)彈子從一個(gè)擺線形狀的容器的不同點(diǎn)放開(kāi)時(shí),它們會(huì)同時(shí)到達(dá)底部。”
1696年,瑞士數(shù)學(xué)家約翰·伯努利解決了這個(gè)問(wèn)題,他還拿這個(gè)問(wèn)題向其他數(shù)學(xué)家提出了公開(kāi)挑戰(zhàn)。
牛頓、萊布尼茲、洛比達(dá)以及雅克布·伯努利等解決了這個(gè)問(wèn)題。這條最速降線就是一條擺線,也叫旋輪線。
1634年吉勒斯·德·羅貝瓦勒指出擺線下方的面積是生成它的圓面積的三倍。
1658年克里斯多佛·雷恩也向人們指出擺線的長(zhǎng)度是生成它的圓直徑的四倍。
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