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Calculadora de Tautochrone

Calculadora online gratuita de tautochrone. Introduce tus valores y obtén resultados al instante con la fórmula, el procedimiento paso a paso y un ejemplo resuelto — todo se calcula en tu navegador en Calcton, sin registro.

Versión en chino: 等时曲线在线计算器

Calculadora de Tautochrone
生成圆半径 R(摆线拱高 h = 2R 的一半)
重力加速度 g(默认 9.80665 m/s²)
起点参数 t0(弧度,0 < t0 < π,验证等时性)

原理

等时曲线(tautochrone,希腊语「相同时间」)是倒置的摆线:粒子沿倒摆线从任意静止起点滑到最低点,所用时间恒为 T = π√(R/g),与起点高低无关。这是惠更斯 1659 年的发现,他据此设计摆线夹板钟,试图让摆钟真正等时。

倒摆线取 y = R(1 + cos t)、弧长 ds = 2R·sin(t/2)dt。下滑时间 T = ∫ds/√(2g(y0−y)),被积函数在起点有可积奇点;用代换消去后积分恰为常数 π√(R/g)。本工具同时用 RK4 物理模拟(切向方程 v̇ = g·cos(t/2))数值复核等时性。

使用步骤

① 输入摆线生成圆半径 R 与重力加速度 g;② 得到下滑时间、整拱弧长与单摆对照;③ 修改起点参数 t0 重算,观察模拟用时不变。

计算示例

R = 1 m、g = 9.80665 时:T = π/√9.80665 = 1.003204646295 s;起点 t0 = π/2 弧长 1.171572875254 m、t0 = 3π/4 弧长 2.469266270540 m,两者滑到底部时间相同。同摆长单摆周期 2π√(R/g) = 2.006409292589 s,恰是 2 倍。

注意事项

摆线的「最速下降」(brachistochrone)与「等时」(tautochrone)是同一条曲线的两个性质:沿它下滑最快、且起点无关。摆线夹板钟因摩擦与加工精度未成主流,但思想催生了摆线的等时摆研究。

常见问题

Q:与单摆的等时性有何不同?A:单摆只在小幅角下近似等时(sin θ ≈ θ),大摆角周期变长;摆线滑道是严格等时的,这正是惠更斯追求它的原因。

Q:R 变大一倍时间怎么变?A:T = π√(R/g),与 √R 成正比——R = 2 时时间增为 √2 ≈ 1.414 倍。

参考值区(同源数值校验)

R = 1、g = 9.80665:T = 1.003204646295 s;RK4 模拟 t0 = π/4、π/2、3π/4 三起点分别为 1.003213442574、1.003210288501、1.003205568097 s(等时性成立,离散误差 < 1e-5)。

Cómo usar la calculadora de tautochrone

  1. Rellena los campos con tus propios números — cada campo indica qué valor espera.
  2. El resultado se actualiza al instante mientras escribes; no hay que pulsar "Calcular".
  3. Lee la tarjeta de resultado para la cifra principal, la fórmula paso a paso y las notas prácticas.

Preguntas frecuentes

¿Es gratis la calculadora de tautochrone?

Sí — todas las calculadoras de matemáticas en Calcton son gratis y no requieren registro. Tus datos se procesan en tu navegador y nunca se envían a un servidor.

¿Hay una versión en chino de esta herramienta?

Sí. Usa el enlace a la versión china de arriba: es la misma calculadora con la interfaz en chino simplificado.

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Calculadoras matemáticas gratuitas en línea para álgebra, estadística, teoría de números y aritmética diaria: de ecuaciones cuadráticas y matrices a porcentajes, fracciones y factorización de primos, cada una con fórmulas paso a paso.

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