求积仪
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简介
面积计,也称为平面计,是一种用于确定任意二维形状面积的测量仪器。
建设
有几种类型的面积计,但都以类似的方式操作。它们的精确构造方式各不相同,主要类型的机械面积计是极坐标、线性和Prytz或斧头面积计。瑞士数学家于1854年建造了xxx台现代面积计,这一概念于1814年率先提出。许多发展都遵循阿姆斯勒著名的面积计,包括电子版本。
原则
线性面积计的工作原理可以通过测量矩形ABCD的面积来解释(见图)。随着指针从A移动到B,手臂EM穿过黄色平行四边形,面积等于PQ×EM。该面积也等于平行四边形AABB的面积。测量轮测量距离PQ(垂直于EM)。从C移动到D,手臂EM穿过绿色平行四边形,其面积等于矩形DDCC的面积。测量轮现在向相反方向移动,从前者中减去该读数。沿BC和DA的运动相同但相反,因此它们相互抵消,对轮子的读数没有净影响。最终结果是测量黄色和绿色区域的差异,即ABCD的面积。

数学推导
可以通过将格林定理应用于向量场N的分量来证明线性面积计的操作是合理的,由下式给出:N(x,y)=(b−y,x),{displaystyle!,N(x,y)=(b-y,x),}其中b是肘部E的y坐标。该矢量场垂直于测量臂EM:EM→⋅N=xNx+(y−b)Ny=0{displaystyle{overrightarrow{EM}}cdotN=xN_{x}+(y-b)N_{y}=0}并且具有恒定大小,等于测量臂的长度m:‖N‖=(b−y)2+x2=m{displaystyle!,|N|={sqrt{(b-y){2}+x{2}}}=m}然后:∮C(Nxdx+Nydy)=∬S(∂Ny∂x−∂Nx∂y)dxdy=∬S(∂x∂x−∂(b−y)∂y)dxdy=∬Sd。
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