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第五十五章 旋輪線

擺線是指一個圓在一條定直線上滾動時,圓周上一個定點的軌跡,又稱圓滾線、旋輪線。

1615年,梅森(mersenne)鼓勵數學家們研究旋輪線。

1634年,羅貝瓦爾(Roberval)找出了旋輪線下的面積。(圓,三角形,正方形,六邊形,正多邊形都是3倍。)

1658年,雷恩(wren)找出了旋輪線的弧長。

1660年,維維亞尼(Viviani)測量了聲速。他確定了旋輪線的切線。

費馬說:“圓上描出擺線的那個點,具有不同的速度——事實上,在特定的地方它甚至是靜止的。”

伽利略:“我發現一個有趣的現象,教堂的吊燈來回擺動時,不管擺動的幅度大還是小,每擺動一次用的時間都相等。”

當時,他是以自己的心跳脈搏來計算時間的.從此以後,伽利略便廢寢忘食的研究起物理和數學來,他曾用自行制的滴漏來重新做單擺的試驗,結果證明了單擺擺動的時間跟擺幅沒有關係,只跟單擺擺線的長度有關.這個現象使伽利略想到或許可以利用單擺來製作精確的時鐘,但他始終並沒有將理想付之實行。

伽利略的發現振奮了科學界,可是不久便發現單擺的擺動週期也不完全相等。原來,伽利略的觀察和實驗還不夠精確.實際上,擺的擺幅愈大,擺動週期就愈長,只不過這種週期的變化是很小的。所以,如果用這種擺來製作時鐘,擺的振幅會因為摩擦和空氣阻力而愈來愈小,時鐘也因此愈走愈快。

過了不久,荷蘭科學家惠更斯決定要做出一個精確的時鐘來.伽利略的單擺是在一段圓弧上擺動的,所以我們也叫做圓周擺。惠更斯想要找出一條曲線,使擺沿著這樣的曲線擺動時,擺動週期完全與擺幅無關,這群科學家放棄了物理實驗,純粹往數學曲線上去研究,經過不少次的失敗,這樣的曲線終於找到了,數學上把這種曲線叫做“擺線”,“等時曲線”或“旋輪線”。

帕斯卡說:“我發現了外旋輪線。而且發現其中的一種特殊情況,以我的名字命名為帕斯卡渦線。也發現內旋輪線。”

托里拆裡說:“當彈子從一個擺線形狀的容器的不同點放開時,它們會同時到達底部。”

1696年,瑞士數學家約翰·伯努利解決了這個問題,他還拿這個問題向其他數學家提出了公開挑戰。

牛頓、萊布尼茲、洛比達以及雅克布·伯努利等解決了這個問題。這條最速降線就是一條擺線,也叫旋輪線。

1634年吉勒斯·德·羅貝瓦勒指出擺線下方的面積是生成它的圓面積的三倍。

1658年克里斯多佛·雷恩也向人們指出擺線的長度是生成它的圓直徑的四倍。