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拱顶


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设拱顶由两个相等的半径为 r 的半圆柱体组成,这两个半圆柱体以直角 相交,使得它们的交线(“groins”)终止于 正方形多面体顶点 中。两个底对底放置的拱顶在两个圆柱体上形成一个 Steinmetz 立体

解方程组

x^2+z^2=r^2
(1)
y^2+z^2=r^2
(2)

同时给出

x=+/-sqrt(r^2-z^2)
(3)
y=+/-sqrt(r^2-z^2).
(4)

因此,拱顶的四分之一可以用 参数方程 描述

x=sqrt(r^2-z^2)
(5)
y=-usqrt(r^2-z^2)
(6)
z=z.
(7)

因此,拱顶的 表面积 由下式给出

 A=4intl(z)rdtheta,
(8)

其中 l(z) 是高度为 z 的横截面的长度,theta 是这条线中心上的点与原点所成的角度。但是 z=rsintheta,所以

 dz=rcosthetadtheta=rsqrt(1-sin^2theta)dtheta=sqrt(r^2-z^2)dtheta,
(9)

并且

 l(z)=2sqrt(r^2-x^2)
(10)
A=4int_0^r2rsqrt(r^2-z^2)(dz)/(sqrt(r^2-z^2))
(11)
=4int_0^r2rdz=8r^2.
(12)

拱顶的 体积

V=int_0^r(2sqrt(r^2-z^2))^2dz
(13)
=8/3r^3.
(14)

几何质心

 z^_=3/8r.
(15)

另请参阅

圆柱体, 球冠, Steinmetz 立体, 球面圆顶

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Lines, L. 立体几何,包含空间点阵、球堆积和晶体的章节。 纽约:Dover,第 112-113 页,1965 年。Moore, M. “直圆柱体的对称相交。”Math. Gaz. 58, 181-185, 1974.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

拱顶

引用为

Weisstein, Eric W. “拱顶。” 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Vault.html

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