简介
编辑面积计,也称为平面计,是一种用于确定任意二维形状面积的测量仪器。
建设
编辑有几种类型的面积计,但都以类似的方式操作。它们的精确构造方式各不相同,主要类型的机械面积计是极坐标、线性和Prytz或斧头面积计。瑞士数学家于1854年建造了第一台现代面积计,这一概念于1814年率先提出。许多发展都遵循阿姆斯勒著名的面积计,包括电子版本。
各种类型的面积计
编辑- 极地面积计
- 面积计(1908)通过追踪其周长来测量指定区域
- 阿姆斯勒极地面积仪
- 线性面积计。轮子允许不受限制地测量长区域。
- 三个测面仪:数字式、Prytz’s(斧头式)和Amsler’s(极地式)
- 左边有轮子的Prytz面积计
阿姆斯勒(极地)类型由两杆连杆组成。在一个链接的末端是一个指针,用于跟踪要测量的形状的边界。连杆的另一端在一个重物上自由转动,以防止其移动。在两个连杆的连接处附近是一个校准直径的测量轮,带有显示精细旋转的刻度,以及用于辅助转数计数刻度的蜗轮传动装置。当区域轮廓被描绘时,这个轮子在绘图的表面上滚动。操作员设置轮子,将计数器归零,然后沿着形状的周边追踪指针。描摹完成后,测量轮上的刻度会显示形状的面积。当面积计的测量轮垂直于其轴移动时,它会滚动,并记录此移动。当测量轮平行于其轴线移动时,轮子打滑而不滚动,因此忽略此运动。这意味着面积计测量其测量轮移动的距离,垂直投影到测量轮的旋转轴。形状的面积与测量轮旋转的圈数成正比。极地面积计受设计限制,只能测量由其尺寸和几何形状确定的范围内的区域。然而,线性类型在一维上没有限制,因为它可以滚动。它的轮子不能打滑,因为运动必须被限制在一条直线上。面积计的发展可以确定面积一阶矩(质心)的位置,甚至可以确定面积二阶矩的位置。各种类型的面积计
- 线性立方体
- 极地面积计
图像显示了线性和极地面积计的原理。测面积仪一端的指针M跟随待测表面S的轮廓线C。对于线性面积计,肘部E的运动仅限于y轴。对于极地面积计,肘部连接到臂,其另一个端点O位于固定位置。连接到臂ME的是测量轮,其旋转轴平行于ME。手臂ME的运动可以分解为垂直于ME的运动,导致轮子旋转,以及平行于ME的运动,导致轮子打滑,对其读数没有贡献。
原则
编辑线性面积计的工作原理可以通过测量矩形ABCD的面积来解释(见图)。随着指针从A移动到B,手臂EM穿过黄色平行四边形,面积等于PQ×EM。该面积也等于平行四边形AABB的面积。测量轮测量距离PQ(垂直于EM)。从C移动到D,手臂EM穿过绿色平行四边形,其面积等于矩形DDCC的面积。测量轮现在向相反方向移动,从前者中减去该读数。沿BC和DA的运动相同但相反,因此它们相互抵消,对轮子的读数没有净影响。最终结果是测量黄色和绿色区域的差异,即ABCD的面积。

数学推导
编辑可以通过将格林定理应用于向量场N的分量来证明线性面积计的操作是合理的,由下式给出:N(x,y)=(b−y,x),{dISPlaystyle!,N(x,y)=(b-y,x),}其中b是肘部E的y坐标。该矢量场垂直于测量臂EM:EM→⋅N=xNx+(y−b)Ny=0{diSPlaystyle{overrightarrow{EM}}cdotN=xN_{x}+(y-b)N_{y}=0}并且具有恒定大小,等于测量臂的长度m:‖N‖=(b−y)2+x2=m{displaystyle!,|N|={sqrt{(b-y){2}+x{2}}}=m}然后:∮C(Nxdx+Nydy)=∬S(∂Ny∂x−∂Nx∂y)dxdy=∬S(∂x∂x−∂(b−y)∂y)dxdy=∬Sd。
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