Kalkulator Panjang Arka Elips

Ukur sebarang arka elips daripada paksi dan sudutnya, dengan setiap langkah ditunjukkan.

Formula Panjang Arka Elips
L=∫θ1θ2a2sin⁡2θ+b2cos⁡2θ dθL = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{a^2 \sin^2\theta + b^2 \cos^2\theta}\,d\theta

Cara Menggunakan Kalkulator Panjang Arka Elips

Kalkulator Panjang Arka Elips mengukur panjang arka pada elips daripada dua paksi seminya dan dua sudutnya. Halaman dibuka dengan panel Panjang Arka Elips yang aktif, menunjukkan formula L = ∫θ1θ2 √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ. Ikuti langkah-langkah ini untuk mendapat jawapan yang betul dalam masa kurang seminit.

  1. Pilih cara paksi dimasukkan. Gunakan panjang paksi semi (a, b) secara lalai. Jika anda mengukur paksi penuh sebaliknya, tukar kepada panjang paksi penuh dan kalkulator akan membahagikan setiap nilai kepada dua untuk anda.
  2. Masukkan paksi semi-major (a). Ini ialah jejari terpanjang elips, diukur dari pusat ke titik terjauh pada sempadan.
  3. Masukkan paksi semi-minor (b). Ini ialah jejari terpendek, diukur dari pusat ke titik terdekat pada sempadan. Ia tidak boleh lebih besar daripada a.
  4. Masukkan sudut mula (θ1) dan sudut tamat (θ2). Gunakan togol DEG dan RAD di bahagian atas panel untuk memadankan nombor anda. Darjah ialah lalai.
  5. Pilih arah arka. Lawan arah jam mengikuti sudut menaik dari θ1 ke θ2. Mengikut arah jam pergi ke arah bertentangan. Terpendek dan terpanjang membandingkan kedua-dua laluan fizikal dan melaporkan yang lebih pendek atau lebih panjang.
  6. Pilih unit dan ketepatan. Unit melabelkan jawapan; ketepatan menetapkan bilangan tempat perpuluhan yang ditunjukkan hasil.
  7. Klik Kira Sekarang. Kalkulator menilai kamiran panjang arka secara berangka dan menunjukkan hasil, perimeter penuh, arka pelengkap, peratusan perimeter, dan koordinat kedua-dua titik hujung.
  8. Salin atau tetapkan semula. Gunakan Salin Keputusan untuk meletakkan jawapan pada papan klip anda, atau Tetapkan Semula untuk mengosongkan panel. Pautan Tukar Sudut Mula dan Tamat menukar θ1 dan θ2 dalam satu klik.

Cuba contoh. Butang Suku Elips, Separuh Elips, Suku Bulatan, dan Elips Lengkap memuatkan nilai yang disahkan serta-merta: a = 5, b = 3, dari 0° hingga 90° memberikan 6.3817497158 unit, dan elips yang sama dari 0° hingga 360° memberikan perimeter penuh, 25.5269988634 unit.

Petua penting. Kekalkan a dan b dalam unit yang sama. Masukkan b tidak lebih besar daripada a. Ingat bahawa sudut-sudut itu ialah sudut parametrik, diukur dari pusat, bukan sudut yang diukur sepanjang sempadan. Jika sudut mula dan sudut tamat adalah sama, panjang arka ialah sifar; gunakan 0° hingga 360° untuk elips lengkap.

Apakah Panjang Arka Elips?

Elips ialah lengkung tertutup yang dibentuk oleh semua titik yang jaraknya ke dua titik tetap, iaitu fokus, apabila dijumlahkan memberikan pemalar yang sama. Ia kelihatan seperti bulatan yang diregangkan: ia mempunyai arah yang panjang dan arah yang pendek, tetapi ia licin sempurna, tanpa bucu. Arka ialah sebahagian daripada lengkung itu antara dua titik padanya. Panjang arka ialah jarak yang anda lalui jika anda berjalan sepanjang lengkung dari titik pertama ke titik kedua.

Setiap titik pada elips boleh dihuraikan dengan satu sudut θ, yang dipanggil sudut parametrik:

x = a cos θ,   y = b sin θ

Di sini a ialah paksi semi-major dan b ialah paksi semi-minor. Apabila θ berjalan dari 0 hingga 2π radian, titik (x, y) menjejaki seluruh elips tepat sekali, bermula di (a, 0) dan kembali ke situ. Arka dari θ1 hingga θ2 ialah bahagian jejakan itu antara kedua-dua sudut.

Ellipse with centre O, semi-major axis a, semi-minor axis b, and a highlighted arc from angle θ1 to θ2

Arka elips berbeza daripada arka bulatan dalam satu hal penting. Pada bulatan, setiap titik berada pada jarak r yang sama dari pusat, jadi panjang arka hanyalah L = rθ. Pada elips, jarak dari pusat berubah apabila anda bergerak mengelilingi lengkung, jadi kelajuan jejakan lengkung itu turut berubah. Panjang arka oleh itu bergantung pada bentuk elips, bukan hanya pada sudut yang disapu, dan ia mesti dicari melalui pengamiran dan bukan melalui satu pendaraban.

Itulah sebabnya panjang arka elips ialah pengiraan sebenar dan bukan sekadar carian. Kalkulator pada halaman ini melaksanakan pengamiran itu secara berangka, dengan ketepatan tinggi, untuk sebarang elips dan sebarang pasangan sudut.

Formula Panjang Arka Elips

Panjang arka elips antara sudut parametrik θ1 dan θ2 diberikan oleh kamiran tentu:

L = ∫θ1θ2 √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ

Setiap simbol dalam formula mempunyai makna yang tepat:

Simbol Makna Nota
aPaksi semi-majorJejari terpanjang; a > 0 dan a ≥ b
bPaksi semi-minorJejari terpendek; b > 0 dan b ≤ a
θ1Sudut mulaSudut parametrik titik hujung pertama
θ2Sudut tamatSudut parametrik titik hujung kedua
θSudut parametrikBerjalan dari θ1 hingga θ2 di dalam kamiran
dsPanjang arka kebezaands = √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ

Pengamiran √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) ialah kelajuan titik (a cos θ, b sin θ) bergerak apabila θ bertambah. Ia paling kecil, bersamaan dengan b, pada θ = 0°, di mana lengkung melintasi paksi major, dan paling besar, bersamaan dengan a, pada θ = 90°, di mana lengkung melintasi paksi minor. Mengamirkan kelajuan itu merentas selang sudut menjumlahkan semua segmen kecil menjadi jumlah panjang arka.

A small segment ds on an ellipse, showing how tiny pieces add up to the total arc length

Apabila a = b, elips itu ialah bulatan berjejari r = a, pengamiran menjadi pemalar r, dan formula runtuh kepada L = rθ yang biasa, dengan θ dalam radian. Kes khas itu ialah semakan yang berguna: mana-mana kalkulator elips mesti menghasilkan semula hasil bulatan apabila kedua-dua paksi adalah sama.

Cara Mengira Panjang Arka Elips

Mengira panjang arka elips dengan tangan mengikut lapan langkah. Contoh kerja di bawah menggunakan a = 5, b = 3, dari 0° hingga 90°, iaitu suku elips.

  1. Kenal pasti paksi semi-major. a = 5 unit.
  2. Kenal pasti paksi semi-minor. b = 3 unit.
  3. Tentukan sudut mula. θ1 = 0°.
  4. Tentukan sudut tamat. θ2 = 90°.
  5. Tukar darjah kepada radian apabila perlu. 0° = 0 radian dan 90° = π/2 ≈ 1.5707963268 radian.
  6. Gunakan kamiran panjang arka elips. L = ∫0π/2 √(25 sin2θ + 9 cos2θ) dθ.
  7. Nilai kamiran secara berangka. Pengamiran tiada antiterbitan asas, jadi gunakan kaedah berangka seperti petua Simpson adaptif, yang menghaluskan selangnya sehingga jawapannya stabil.
  8. Tafsir jawapan akhir. L ≈ 6.3817497158 unit. Kalkulator pada halaman ini mengembalikan nilai yang sama.

Untuk melihat mengapa pengamiran berangka diperlukan, lihat pengamiran pada tiga sudut:

g(0°) = 3,   g(45°) ≈ 4.1231056256,   g(90°) = 5

Satu langkah Simpson merentas seluruh suku memberikan (π/4)/3 × (3 + 4 × 4.1231056256 + 5) ≈ 6.4121012169, yang hampir tetapi tidak tepat. Petua Simpson adaptif terus membahagikan selang dan menilai semula sehingga ralat jatuh di bawah toleransinya, menumpu kepada 6.3817497158. Pengajarannya praktikal: anggaran berangka kasar adalah mudah, tetapi jawapan yang boleh dipercayai memerlukan kaedah yang menyemak ketepatannya sendiri, dan itulah yang dilakukan oleh kalkulator.

Memahami Paksi Semi-Major dan Semi-Minor

Paksi major ialah garis lurus terpanjang melalui pusat elips, berjalan dari satu sisi sempadan ke sisi yang lain. Paksi minor ialah garis terpendek sedemikian, berserenjang dengan paksi major. Paksi semi-major a ialah separuh paksi major: jarak dari pusat ke sempadan sepanjang arah yang panjang. Paksi semi-minor b ialah separuh paksi minor: jarak dari pusat ke sempadan sepanjang arah yang pendek.

Ellipse showing the full major axis 2a and minor axis 2b, with the semi-major axis a and semi-minor axis b marked from the centre

Mengelirukan paksi penuh dengan paksi semi ialah kesilapan input yang paling biasa. Jika lukisan memberikan lebar penuh elips sebagai 10, paksi semi-major ialah a = 5, bukan 10. Memasukkan 10 sebagai a akan menghuraikan elips dua kali lebih besar, dan setiap panjang yang dikembalikan kalkulator akan berganda. Kalkulator menawarkan mod paksi penuh untuk situasi ini: masukkan panjang penuh, dan ia akan membahagikannya kepada dua sebelum mengira.

Kedua-dua paksi juga mengawal bentuk. Apabila a dan b hampir sama, elips hampir menjadi bulatan. Apabila b jauh lebih kecil daripada a, elips itu panjang dan rata, seperti trek larian dilihat dari sisi. Nisbah b/a kadangkala dipanggil nisbah aspek; kesipian e = √(1 − (b/a)2) mengukur idea yang sama, dengan e = 0 untuk bulatan dan e hampir 1 untuk elips yang sangat rata. Untuk a = 5 dan b = 3, e = √(1 − 9/25) = 0.8.

Perimeter Elips Lengkap lawan Panjang Arka Separa

Perimeter lengkap ialah panjang seluruh lengkung tertutup, manakala panjang arka separa ialah panjang satu bahagiannya. Perimeter ialah kes khas formula arka dengan θ1 = 0° dan θ2 = 360°:

P = 4 ∫0π/2 √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ

Faktor 4 muncul kerana keempat-empat sukuan elips ialah imej cermin antara satu sama lain. Untuk a = 5 dan b = 3, perimeter ialah P ≈ 25.5269988634 unit. Jadual di bawah membandingkan bahagian piawai elips itu.

Arka Sudut Panjang Bahagian perimeter
Suku elips0° hingga 90°6.381749715825%
Separuh elips0° hingga 180°12.763499431750%
Elips tiga suku0° hingga 270°19.145249147575%
Elips lengkap0° hingga 360°25.5269988634100%

Suku elips ialah tepat satu perempat perimeter, dan separuh elips tepat separuh, kerana sukuan-sukuan itu ialah imej cermin. Tetapi simetri itu hanya berlaku untuk arka yang bermula dan berakhir pada paksi. Sapuan 90° yang sewenang-wenangnya bukan satu perempat perimeter: pada elips yang lebih besar dengan a = 10 dan b = 6, arka dari 30° hingga 120° berukuran 14.4818404027 unit, tepat dua kali ganda nilai bagi elips dengan a = 5 dan b = 3, dan contoh kerja kemudian dalam panduan ini menunjukkan bahawa sapuan 90° ini merupakan 28.3657% daripada perimeter elips yang lebih besar itu. Jangan sekali-kali menganggap sapuan 90° bersamaan dengan P/4 melainkan ia berjalan dari satu paksi ke paksi seterusnya.

Kalkulator melaporkan kedua-dua nombor untuk setiap pengiraan: panjang arka yang anda minta, dan perimeter lengkap yang dimilikinya, bersama-sama dengan arka pelengkap (bahagian elips yang selebihnya) dan peratusan perimeter yang diliputi arka anda.

Panjang Arka Elips Tepat lawan Penghampiran

Panjang arka elips tiada formula tepat yang dibina daripada fungsi biasa. Kamiran ∫ √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ ialah kamiran eliptik tak lengkap jenis kedua, ditulis E(φ, k), di mana φ ialah sudut dan k = √(1 − (b/a)2) ialah kesipian. Arka dari θ1 hingga θ2 ialah a × (E(θ2, k) − E(θ1, k)). Untuk a = 5 dan b = 3, k = 0.8, dan suku elips ialah 5 × E(π/2, 0.8) = 5 × 1.2763499432 = 6.3817497158.

Kamiran eliptik difahami dengan baik, tetapi ia bukan asas: tiada gabungan polinomial, punca, eksponen, dan fungsi trigonometri menilainya dalam bentuk tertutup. Itulah sebabnya setiap pengiraan elips praktikal menggunakan pengamiran berangka. Petua Simpson adaptif, yang digunakan kalkulator ini, ialah pilihan yang baik kerana ia menghaluskan selang di mana pengamiran berubah paling cepat dan berhenti apabila hasilnya stabil dalam toleransinya.

Untuk perimeter lengkap sahaja, terdapat juga penghampiran terkenal oleh Srinivasa Ramanujan:

P ≈ π(a + b) × (1 + 3h / (10 + √(4 − 3h))),   h = ((a − b) / (a + b))2

Untuk a = 5 dan b = 3, h = 0.0625, dan formula Ramanujan memberikan P ≈ 25.5269988628, yang bersetuju dengan perimeter berangka tepat 25.5269988634 hingga sembilan tempat perpuluhan. Ia sangat tepat untuk elips yang tidak terlalu rata. Tetapi ia ialah penghampiran untuk seluruh perimeter sahaja: ia tidak boleh dipotong untuk memberikan arka separa, jadi jangan sekali-kali menggunakannya sebagai pengganti kamiran arka. Kalkulator menunjukkan nilai Ramanujan dalam langkah-langkahnya semata-mata sebagai perbandingan pendidikan di samping hasil berangka.

Gunakan pengamiran berangka apabila jawapannya penting, dan gunakan Ramanujan hanya sebagai semakan kewarasan pantas pada perimeter penuh. Jika kedua-duanya tidak bersetuju melebihi beberapa tempat perpuluhan, percayai pengamiran berangka dan semak input.

Bulatan lawan Elips: Mengapa Formula Bulatan Gagal

Formula bulatan L = rθ berfungsi kerana setiap titik pada bulatan berada pada jarak r yang sama dari pusat, jadi kelajuan sepanjang lengkung adalah malar. Pada elips kelajuan berubah-ubah: untuk a = 5 dan b = 3 ia berjulat dari 3 di hujung paksi major hingga 5 di hujung paksi minor. Satu jejari tidak dapat menangkap perubahan itu, jadi formula bulatan memberikan jawapan yang salah untuk sebarang elips yang bukan bulatan.

A circle, a horizontally stretched ellipse, and a vertically flattened ellipse side by side, showing the circle formula only fits the circle

Bandingkan arka 90° pada tiga bentuk dengan saiz nominal yang sama:

Bentuk Paksi Arka suku Formula bulatan akan memberikan
Bulatanr = 57.8539816347.853981634 (betul)
Elipsa = 5, b = 36.38174971587.853981634 (terlalu besar)
Elipsa = 5, b = 47.09041697227.853981634 (terlalu besar)

Menggunakan r = 5 dalam formula bulatan melebihkan anggaran arka suku elips kira-kira 23% apabila b = 3, dan kira-kira 11% apabila b = 4. Ralat mengecil apabila elips menghampiri bulatan dan membesar apabila ia merata, tepat seperti yang dijangkakan: formula bulatan ialah had formula elips apabila b menghampiri a, bukan pengganti umumnya.

Kalkulator tidak sekali-kali menggunakan formula bulatan untuk elips. Ia mengamir pengamiran elips yang tepat, dan hanya apabila a = b pengamiran itu berkurang kepada L = rθ, yang turut disahkan kalkulator secara dalaman sebagai semakan ketekalan.

Arka Terpendek lawan Arka Terpanjang Antara Dua Titik

Dua titik pada elips membahagikan lengkung kepada dua arka: satu mengikut lawan arah jam dan satu lagi mengikut arah jam. Ia bukan imej cermin, kerana elips bukan bulatan, jadi kedua-dua arka mempunyai panjang yang berbeza. Yang lebih pendek ialah laluan terpendek sepanjang lengkung antara titik-titik itu; yang lebih panjang ialah bahagian elips yang selebihnya.

Two points on an ellipse joined by a short gold arc on one side and a long faint arc on the other side

Ambil a = 5, b = 3, dengan titik hujung pada 0° dan 120°:

Laluan Sudut yang dilalui Panjang Bahagian perimeter
Lawan arah jam0° hingga 120°8.925395898634.9645%
Mengikut arah jam120° hingga 360°16.601602964865.0355%

Kedua-dua panjang itu dijumlahkan menjadi perimeter penuh, 25.5269988634, sebagaimana mestinya, kerana bersama-sama ia meliputi seluruh elips. Arka terpendek ialah 8.9253958986 dan yang terpanjang ialah 16.6016029648. Perhatikan bahawa pembahagian sudut ialah 120° berbanding 240°, nisbah satu kepada dua, manakala pembahagian panjang kira-kira 35% berbanding 65%: panjang tidak mengikut sudut, kerana lengkung bergerak lebih laju berhampiran paksi minor berbanding berhampiran paksi major.

Itulah sebabnya kalkulator mengukur kedua-dua laluan melalui pengamiran sebenar dan bukan dengan membandingkan sudut. Membandingkan perbezaan sudut akan memberikan pemenang yang salah apabila elips jauh daripada bulatan. Pilih Arka fizikal terpendek apabila anda memerlukan laluan yang lebih pendek, contohnya laluan kabel terpendek antara dua titik pada rangka elips, dan Arka fizikal terpanjang apabila anda memerlukan bahagian lengkung yang selebihnya.

Sudut, Arah, dan Liputan 0°/360°

Sudut parametrik pada elips membalut: 360° ialah titik yang sama dengan 0°, dan 370° ialah titik yang sama dengan 10°. Kalkulator mengendalikan balutan itu untuk anda, tetapi ia membantu untuk mengetahui peraturan yang diikutinya.

Ellipse with an arc crossing the 0 degree point, from 350 degrees counterclockwise to 10 degrees

Lawan arah jam bermaksud sudut bertambah dari θ1 hingga θ2, membalut melepasi 360° apabila perlu. Arka dari 350° hingga 10° lawan arah jam bergerak 20° melalui 0°, bukan 340° ke belakang. Untuk a = 5 dan b = 3 arka itu berukuran 1.0565175692 unit, sama seperti arka dari −10° hingga 10°.

Mengikut arah jam bermaksud sudut berkurang dari θ1 hingga θ2. Arka dari 10° hingga 350° mengikut arah jam ialah arka 20° yang sama melalui 0°, manakala pasangan yang sama lawan arah jam akan bergerak 340° melalui jalan yang panjang.

Sudut yang sama memberikan arka sifar panjang. Jika θ1 dan θ2 adalah sama, titik mula dan titik tamat bertepatan dan tiada arka antara keduanya. Untuk elips lengkap, masukkan 0° hingga 360° sebaliknya: itu ialah satu pusingan penuh, dan kalkulator mengembalikan seluruh perimeter.

Sudut negatif dibenarkan dan bermaksud titik yang sama dengan setara positifnya: −30° ialah titik yang sama dengan 330°. Kalkulator menormalkan setiap sudut ke dalam julat 0° hingga 360° sebelum mengamirkan, jadi −30° hingga 30° dan 330° hingga 30° memberikan jawapan yang sama.

Radian mengikut peraturan yang sama dengan 2π menggantikan 360°. Tukar togol DEG dan RAD sebelum menaip nilai radian, kerana 1.57 radian dan 1.57 darjah menghuraikan arka yang sangat berbeza.

Kes Khas: Bulatan, Suku, Separuh, dan Elips Penuh

Beberapa selang sudut muncul begitu kerap sehingga ia layak mendapat nama sendiri. Jadual di bawah menyenaraikannya untuk elips a = 5, b = 3 dan untuk bulatan berjejari 5, semuanya disahkan oleh kalkulator.

Three identical ellipses showing a quarter arc, a half arc, and a full ellipse arc
Kes Sudut Elips a = 5, b = 3 Bulatan r = 5
Arka sifar panjang45° hingga 45°00
Suku elips0° hingga 90°6.38174971587.853981634
Separuh elips0° hingga 180°12.763499431715.7079632679
Elips tiga suku0° hingga 270°19.145249147523.5619449019
Elips lengkap0° hingga 360°25.526998863431.4159265359

Bulatan (a = b). Elips menjadi bulatan, pengamiran menjadi pemalar jejari, dan L = rθ dengan θ dalam radian. Suku bulatan berjejari 5 ialah 5 × π/2 = 7.853981634, dan lilitan penuh ialah 2πr = 31.4159265359.

Elips yang sangat memanjang. Apabila b jauh lebih kecil daripada a, elips hampir menjadi segmen garis rata yang dijejak keluar dan balik. Perimeter menghampiri 4a, dan arka suku menghampiri a. Untuk a = 10 dan b = 1, arka suku ialah 10.1599354503, hanya sedikit lebih daripada a sendiri.

Elips yang sangat rata. Idea yang sama terpakai ke arah yang bertentangan: arka tertumpu berhampiran hujung paksi major, di mana lengkung membelok dengan tajam, dan pengamiran berangka mesti menghaluskan selangnya di situ. Petua Simpson adaptif mengendalikannya secara automatik.

Contoh Kerja: Arka dari 30° hingga 120°

Lalui contoh lengkap dengan a = 10, b = 6, dari θ1 = 30° hingga θ2 = 120°. Ini ialah sapuan 90° yang tidak bermula pada paksi, jadi ia menguji setiap bahagian kaedah.

  1. Tukar sudut. 30° = π/6 ≈ 0.5235987756 radian. 120° = 2π/3 ≈ 2.0943951024 radian.
  2. Tulis kamiran. L = ∫0.52359877562.0943951024 √(100 sin2θ + 36 cos2θ) dθ.
  3. Sampel pengamiran. Pada 30° ia ialah √(100 × 0.25 + 36 × 0.75) = √52 ≈ 7.2111025509. Pada titik tengah 75° ia ialah ≈ 9.7832925399. Pada 120° ia ialah √(100 × 0.75 + 36 × 0.25) = √84 ≈ 9.1651513899.
  4. Anggar secara kasar. Nilai titik tengah didarab lebar selang, 9.7832925399 × 1.5707963268 ≈ 15.3675599856, ialah anggaran kasar. Ia terlebih anggar kerana pengamiran bukan pemalar.
  5. Kamirkan dengan tepat. Petua Simpson adaptif menghaluskan selang sehingga jawapannya stabil, memberikan L ≈ 14.4818404027 unit.
  6. Semak titik hujung. Titik mula ialah (10 cos 30°, 6 sin 30°) = (8.660254, 3). Titik tamat ialah (10 cos 120°, 6 sin 120°) = (−5, 5.196152). Kalkulator menunjukkan kedua-dua titik dengan setiap hasil.
  7. Bandingkan dengan perimeter. Perimeter penuh ialah P ≈ 51.0539977268, jadi arka ini ialah 28.3657% daripada elips, walaupun ia menyapu 90°. Penghampiran Ramanujan memberikan 51.0539977256, bersetuju hingga sembilan tempat perpuluhan.

Pengajaran utama terdapat pada langkah 7: sapuan 90° bukan satu perempat perimeter melainkan ia berjalan dari satu paksi ke paksi seterusnya. Di sini 90° sudut yang sama hanya meliputi 28.3657% daripada lengkung, kerana sapuan itu melintasi paksi minor, di mana lengkung bergerak paling laju, dan terlepas regangan perlahan berhampiran paksi major.

Aplikasi Praktikal Panjang Arka Elips

Panjang arka elips bukan hanya latihan bilik darjah. Ia muncul di mana-mana bentuk elips perlu diukur, dipotong, atau dibina.

Kejuruteraan mekanikal. Gear elips, sesondol, dan pautan semuanya bergerak sepanjang laluan elips. Mengetahui panjang arka antara dua sudut sesondol memberitahu jurutera sejauh mana pengikut bergerak, yang menetapkan pemasaan mekanisme.

Seni bina. Gerbang elips, kubah, dan halaman memerlukan ukuran perimeter tepat dan arka separa sebelum batu atau keluli dipesan. Gerbang yang hanya merentangi sebahagian elips memerlukan panjang arka bahagian itu, bukan seluruh perimeter.

Pembuatan dan pemesinan CNC. Mesin CNC yang memotong poket elips atau bebibir elips mengikut lengkung dalam langkah kecil. Jumlah panjang laluan alat datang daripada kamiran arka, dan ia menentukan masa pemesinan dan haus alat.

Trek dan struktur elips. Trek larian, velodrom, dan paip elips diukur dalam panjang arka. Siku paip yang membengkok melalui sebahagian elips memerlukan panjang arka bengkokan untuk memotong bahan mengikut saiz.

CAD dan lukisan teknikal. Elips ialah entiti asas dalam perisian CAD, dan panjang arkanya dimasukkan ke dalam pendimensian, pengiraan luas, dan panjang senarai bahan untuk kemasan dan tepi.

Fizik dan pendidikan geometri. Orbit planet ialah elips, dan jarak yang dilalui planet sepanjang orbitnya antara dua sudut ialah panjang arka elips. Kamiran yang sama muncul dalam optik, di mana cermin elips memfokuskan cahaya, dan dalam kajian kamiran eliptik itu sendiri.

An elliptical running track with a highlighted arc showing one measured section of the track

Kesilapan Lazim Semasa Mengira Panjang Arka Elips

Kebanyakan ralat dalam panjang arka elips berpunca daripada menganggap elips seperti bulatan atau daripada mencampurkan input. Perhatikan tujuh perkara ini.

  1. Menggunakan formula bulatan untuk elips. L = rθ hanya berfungsi apabila a = b. Untuk a = 5 dan b = 3 ia melebihkan anggaran arka suku kira-kira 23%.
  2. Mengelirukan paksi penuh dengan paksi semi. Jika lebar penuh ialah 10, maka a = 5. Memasukkan 10 sebagai a menggandakan setiap panjang yang dikembalikan kalkulator. Gunakan mod paksi penuh jika anda mengukur panjang penuh.
  3. Lupa menukar darjah kepada radian. Formula menggunakan radian. Sudut 90 yang dimasukkan sebagai radian ialah lebih daripada empat belas pusingan penuh, bukan suku pusingan. Semak togol DEG dan RAD sebelum menaip.
  4. Menggunakan konvensyen sudut yang salah. Sudut di sini ialah sudut parametrik yang diukur dari pusat, x = a cos θ, y = b sin θ. Ia bukan sudut kutub titik itu, yang berbeza kecuali pada paksi.
  5. Mengabaikan laluan mengikut arah jam lawan lawan arah jam. Dua titik mentakrifkan dua arka, dan ia tidak sama pada elips. Pilih arah yang sebenarnya anda maksudkan, atau gunakan pilihan terpendek dan terpanjang untuk melihat kedua-duanya.
  6. Menganggap suku elips sentiasa satu perempat perimeter. Itu hanya berlaku untuk arka yang berjalan dari satu paksi ke paksi seterusnya. Sapuan 90° dari 30° hingga 120° ialah 28.3657% daripada perimeternya, bukan 25%.
  7. Menganggap penghampiran Ramanujan sebagai formula arka separa yang tepat. Formula Ramanujan menghampirkan seluruh perimeter. Ia tidak menyatakan apa-apa tentang arka separa, dan ia tidak boleh diskalakan mengikut pecahan sudut untuk menganggarkan satu arka.

Rujukan Pantas: Konfigurasi Elips Lazim

Gunakan jadual ini sebagai semakan pantas untuk pengiraan anda sendiri. Semua nilai dihasilkan oleh kalkulator pada halaman ini.

Konfigurasi Arka Panjang Perimeter
a = 4, b = 2Suku (0° hingga 90°)4.844224110319.3768964411
a = 5, b = 3Suku (0° hingga 90°)6.381749715825.5269988634
a = 5, b = 3Separuh (0° hingga 180°)12.763499431725.5269988634
a = 5, b = 3Penuh (0° hingga 360°)25.526998863425.5269988634
a = 5, b = 5 (bulatan)Suku (0° hingga 90°)7.85398163431.4159265359
a = 10, b = 630° hingga 120°14.481840402751.0539977268
a = 10, b = 1Suku (0° hingga 90°)10.159935450340.6397418010

Baris terakhir menunjukkan cara elips yang sangat rata berkelakuan: dengan a = 10 dan b = 1, arka suku hanya sedikit lebih panjang daripada a sendiri, dan perimeter hanya sedikit lebih daripada 4a = 40. Apabila b mengecil menghampiri sifar, elips runtuh ke arah segmen garis yang dijejak keluar dan balik, dan perimeternya menghampiri 4a.

Rujukan Formula Panjang Arka Elips

Simpan formula ini bersama-sama untuk rujukan pantas. Ia merangkumi setiap pengiraan pada halaman ini.

x = a cos θ,   y = b sin θ
ds = √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ
L = ∫θ1θ2 √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ
P = 4 ∫0π/2 √(a2 sin2θ + b2 cos2θ) dθ
P ≈ π(a + b) × (1 + 3h / (10 + √(4 − 3h))),   h = ((a − b) / (a + b))2
Bulatan (a = b = r):   L = rθ,   P = 2πr

Sudut dalam formula ini adalah dalam radian. Untuk menukar, darabkan darjah dengan π/180. Baris Ramanujan ialah penghampiran untuk seluruh perimeter sahaja, manakala baris kamiran adalah tepat dan dinilai secara berangka oleh kalkulator.

Soalan Lazim Panjang Arka Elips

Bagaimanakah anda mengira panjang arka elips? +

Masukkan paksi semi-major a, paksi semi-minor b, dan sudut mula dan sudut tamat, kemudian nilai L = &int; &radic;(a<sup>2</sup> sin<sup>2</sup>&theta; + b<sup>2</sup> cos<sup>2</sup>&theta;) d&theta; antara kedua-dua sudut. Kamiran itu tiada bentuk tertutup asas, jadi kalkulator menilainya secara berangka dengan petua Simpson adaptif. Contohnya, a = 5, b = 3, dari 0&deg; hingga 90&deg; memberikan 6.3817497158 unit.

Apakah formula untuk panjang arka elips? +

Formulanya ialah L = &int;<sub>&theta;<sub>1</sub></sub><sup>&theta;<sub>2</sub></sup> &radic;(a<sup>2</sup> sin<sup>2</sup>&theta; + b<sup>2</sup> cos<sup>2</sup>&theta;) d&theta;, di mana a ialah paksi semi-major, b ialah paksi semi-minor, dan &theta;<sub>1</sub> dan &theta;<sub>2</sub> ialah sudut parametrik mula dan tamat. Pengamiran ialah kelajuan titik (a cos &theta;, b sin &theta;) apabila &theta; bertambah. Perimeter lengkap ialah empat kali kamiran yang sama dari 0 hingga &pi;/2.

Adakah elips mempunyai formula panjang arka yang tepat? +

Ya, tetapi ia ialah kamiran eliptik, bukan formula asas. Panjang arka bersamaan dengan a &times; (E(&theta;<sub>2</sub>, k) &minus; E(&theta;<sub>1</sub>, k)), di mana E ialah kamiran eliptik tak lengkap jenis kedua dan k = &radic;(1 &minus; (b/a)<sup>2</sup>) ialah kesipian. Kamiran eliptik tidak boleh dinilai dengan fungsi biasa sahaja, jadi dalam amalan kamiran itu dikira secara berangka, dan itulah yang dilakukan kalkulator ini.

Mengapakah panjang arka elips sukar dikira? +

Kerana pengamiran &radic;(a<sup>2</sup> sin<sup>2</sup>&theta; + b<sup>2</sup> cos<sup>2</sup>&theta;) tiada antiterbitan asas. Pada bulatan pengamiran ialah pemalar jejari, jadi kamiran itu ialah satu pendaraban, L = r&theta;. Pada elips pengamiran berubah mengikut &theta;, jadi panjang mesti dikumpulkan sedikit demi sedikit, sama ada dengan fungsi kamiran eliptik atau dengan pengamiran berangka.

Apakah perbezaan antara panjang arka elips dengan perimeternya? +

Perimeter ialah panjang seluruh elips tertutup, manakala panjang arka ialah panjang satu bahagiannya. Perimeter ialah arka dari 0&deg; hingga 360&deg;. Untuk a = 5 dan b = 3 perimeter ialah 25.5269988634 unit, arka suku ialah 6.3817497158, dan arka separuh ialah 12.7634994317. Kalkulator melaporkan arka, perimeter, arka pelengkap, dan peratusan perimeter dalam setiap hasil.

Bagaimanakah anda mengira arka suku elips? +

Tetapkan sudut mula kepada 0&deg; dan sudut tamat kepada 90&deg;, kemudian kamirkan. Suku elips yang bermula dan berakhir pada paksi ialah tepat satu perempat perimeter melalui simetri. Untuk a = 5 dan b = 3 arka suku ialah 6.3817497158 unit, iaitu tepat 25% daripada perimeter 25.5269988634. Butang pratetap Suku Elips memuatkan nilai ini untuk anda.

Bolehkah saya mengira arka elips dalam darjah? +

Ya. Gunakan togol DEG dan RAD di bahagian atas kalkulator dan masukkan sudut anda dalam darjah. Kalkulator menukarkannya kepada radian sebelum mengamirkan, kerana formula menggunakan radian. Memasukkan 90 dalam darjah bermaksud suku pusingan; memasukkan 90 dalam radian bermaksud lebih daripada empat belas pusingan penuh, jadi sentiasa semak togol dahulu.

Apakah paksi semi-major dan semi-minor? +

Paksi semi-major a ialah jarak dari pusat elips ke titik terjauh pada sempadannya, separuh diameter terpanjang. Paksi semi-minor b ialah jarak dari pusat ke titik terdekat pada sempadan, separuh diameter terpendek. Untuk elips dengan lebar penuh 10 dan tinggi penuh 6, a = 5 dan b = 3. Apabila a = b, elips itu ialah bulatan.

Adakah panjang arka elips sentiasa lebih panjang daripada arka bulatan? +

Tidak. Untuk sudut yang sama dan a yang sama, arka elips lebih pendek daripada arka bulatan yang sepadan berjejari a, kerana elips terletak di dalam bulatan itu. Arka suku dengan a = 5 dan b = 3 ialah 6.3817497158, manakala suku bulatan berjejari 5 ialah 7.853981634. Arka elips lebih panjang daripada arka bulatan berjejari b, jadi ia sentiasa terletak antara kedua-dua nilai bulatan itu.

Bolehkah saya mengira arka terpendek antara dua titik pada elips? +

Ya. Pilih Arka fizikal terpendek sebagai arah. Kalkulator mengamir kedua-dua laluan antara titik-titik itu, arka lawan arah jam dan arka mengikut arah jam, dan melaporkan yang lebih pendek. Untuk a = 5, b = 3, antara 0&deg; dan 120&deg;, arka lawan arah jam ialah 8.9253958986 dan arka mengikut arah jam ialah 16.6016029648, jadi arka terpendek ialah 8.9253958986. Pilihan Arka fizikal terpanjang melaporkan yang satu lagi.

Sejauh manakah ketepatan penghampiran perimeter Ramanujan? +

Sangat tepat untuk elips biasa. Untuk a = 5 dan b = 3 ia memberikan 25.5269988628 berbanding perimeter berangka tepat 25.5269988634, bersetuju hingga sembilan tempat perpuluhan. Ralat membesar untuk elips yang sangat rata, tetapi ia kekal kecil untuk bentuk yang digunakan dalam amalan. Ingat bahawa ia menghampirkan seluruh perimeter sahaja dan tidak boleh digunakan untuk arka separa.

Apakah yang berlaku jika sudut mula dan sudut tamat adalah sama? +

Panjang arka ialah sifar, kerana titik mula dan titik tamat bertepatan dan tiada arka antara keduanya. Jika anda mahukan elips lengkap, masukkan 0&deg; hingga 360&deg; sebaliknya: itu ialah satu pusingan penuh, dan kalkulator mengembalikan seluruh perimeter, 25.5269988634 unit untuk a = 5 dan b = 3.