什么是弓形?
弓形是圆中由一条弦(连接圆上两点的直线段)和弦所截取的弧共同围成的区域,形状就像一块顶部平直的"切片"。一个弓形由所在圆的半径 \(r\) 和对应该弧的圆心角 \(\theta\) 唯一确定。本计算器可一次性给出弓形的所有关键参数:弦长、弧长、弓形高(矢高)、圆心到弦的距离、面积以及周长。
使用方法
输入圆的半径并选择长度单位(mm、cm、m、km、in、ft、yd 或 mi)。再输入圆心角,并选择以"度"还是"弧度"为单位。计算器会在内部统一换算为国际单位(SI)进行几何运算,然后按你选择的单位返回各项长度、以该单位平方表示的面积,并同时给出弧度和角度两种形式的圆心角。圆心角的有效范围为 0 到 360 度(即 0 到 2π 弧度);当角度为 180 度时,弦恰好是直径,此时弓形就是一个半圆。
公式详解
设 \(\theta\) 以弧度为单位,\(r\) 为半径:弦长为 $$c = 2r\cdot\sin\tfrac{\theta}{2},$$ 弧长为 $$s = r\cdot\theta,$$ 弓形高为 $$h = r\left(1-\cos\tfrac{\theta}{2}\right),$$ 圆心到弦的距离为 $$d = r\cdot\cos\tfrac{\theta}{2} = r - h,$$ 面积为 $$A = \frac{r^2}{2}\left(\theta - \sin\theta\right).$$ 周长则很简单:$$P = c + s.$$ 当 \(\theta\) 超过 180 度时,\(\sin\theta\) 会变为负值,因此该面积公式会自动给出较大的(优)弓形面积。
计算示例
以半径 5 cm、圆心角 90 度(即 \(\theta = 1.570796\) 弧度)为例:弦长 $$c = 10\cdot\sin(0.785398) = 7.0711 \text{ cm},$$ 弧长 $$s = 5\cdot 1.570796 = 7.8540 \text{ cm},$$ 弓形高 $$h = 5(1 - 0.707107) = 1.4645 \text{ cm},$$ 弦心距 \(d = 3.5355\) cm,面积 $$A = 12.5(1.570796 - 1) = 7.1350 \text{ cm}^2,$$ 周长 \(P = 14.9250\) cm。
常见问题
弓形和扇形是一回事吗?不是。扇形由两条半径和一段弧围成(就像一块比萨切片);而弓形由一条弦和一段弧围成。弓形面积等于扇形面积减去三角形面积。
矢高是什么?矢高就是弓形高 \(h\),即从弦到弧之间最大的垂直距离。
圆心角可以超过 180 度吗?可以。介于 180 度到 360 度之间的角对应的是优弓形,而上面的面积公式可以直接处理这种情况。