什麼是螺旋長度計算器?
螺旋長度計算器可估算平面螺旋或盤繞材料的總展開長度——例如捲成圈的金屬條、盤起的水管、捲軸上的膠帶,或阿基米德螺線軌道。只要輸入外徑、內側(軸心)直徑,以及完整的圈數,就能求出材料攤平後的長度。本工具不限單位:所有直徑使用相同單位輸入(公釐、公分、英吋等皆可),算出的結果也會是同一單位。
使用方法
輸入完全捲繞後螺旋的外徑、空心軸心或起始點的內徑,以及材料在兩者之間繞行的圈數。按下計算,即可看到總長度,以及平均直徑與每圈向外增加的徑向間距(節距)。
公式說明
阿基米德螺線每繞一圈就以固定量向外擴張。我們可以把它視為一疊同心圓,其直徑從內徑到外徑呈線性遞增,藉此精準近似螺線的長度。平均圓的直徑為 \(\frac{D_{外} + D_{內}}{2}\),共有 \(n\) 個這樣的圓,因此可得:
$$L \approx \frac{\pi \cdot n}{2}\left(D_{外} + D_{內}\right)$$
這相當於 \(n\) 乘以平均圓周長。只要各圈間距均勻,且間距相對於直徑來說很小,這個結果就相當準確。
實例演算
假設有一捲材料,外徑為 100 mm,內側軸心直徑為 20 mm,共 10 圈。則 $$L \approx \frac{\pi \times 10}{2} \times (100 + 20) = 15.708 \times 120 \approx 1884.96 \text{ mm}$$,約等於 1.88 公尺的材料。
常見問題
單位會影響結果嗎?不會——只要前後一致即可。若直徑以英吋為單位,算出的長度也會是英吋。
答案是精確值嗎?對於繞得均勻的螺旋來說,這是非常接近的近似值。只有當每圈間距相對於直徑偏大時,誤差才會明顯增加。
節距值代表什麼?它是螺旋每繞一圈向外移動的徑向距離:\(\frac{D_{外} - D_{內}}{2 \cdot n}\)。