这个计算器能做什么
当你只知道一条弦的长度和拱高(矢高)时,本工具可以帮你求出圆的半径。所谓矢高,是指从弦的中点垂直量到圆弧上对应点的高度。它是一款通用的几何计算工具,适用于任何统一的单位(毫米、厘米、英寸、英尺),因此不涉及任何国家或地区的特定规则。
如何使用
先测量横跨圆弧的直线距离(即弦长 c),再测量圆弧顶端高出这条直线的高度(即矢高 h)。把这两个数值用相同的单位填入,点击计算即可。计算器会返回该圆弧所在整圆的半径和直径。
公式详解
这一关系源自由半径、半条弦和圆心到弦的距离所构成的直角三角形:
$$r = \frac{\text{Chord }(c)^{2}}{8 \cdot \text{Height }(h)} + \frac{\text{Height }(h)}{2}$$
其中 \(c^2/(8h)\) 反映了弦的展开程度,而 \(h/2\) 则修正了圆弧的弯曲量。只要满足 \(h > 0\),该公式就能给出精确的半径。直径则为 \(d = 2r\)。
实例演算
假设一个拱形门顶的弦长为 12 英寸,顶端最高处比弦高出 2 英寸。那么 $$r = \frac{12^2}{8 \cdot 2} + \frac{2}{2} = \frac{144}{16} + 1 = 9 + 1 = 10 \text{ 英寸}$$,对应的直径为 20 英寸。也就是说,你只需把圆规张开到 10 英寸的半径,就能画出与之匹配的圆弧。
常见问题
什么是矢高(sagitta)? 它就是圆弧的高度——在弦的中点处测得的弦与曲线之间的最大垂直距离。
为什么高度必须大于零? 如果 \(h = 0\),三点就共线(即一条直线),此时不存在有限大小的圆,公式也会因为除以零而无法成立。
可以使用任意单位吗? 可以——只要弦长和高度采用相同的单位,算出的半径就会是同一单位。