リンケージと円運動

リンケージ
リンケージ(linkage)またはリンクとは、伸び縮みしない棒状の剛体でリンケージ上(多くの場合は、両端)に蝶番(joint)があって、ピン止め(その場に固定)または他のリンケージと連結している。
蝶番部の回りでリンケージは自由に2次元的または3次元的に回転することができ、その結果リンケージ上の任意の場所は蝶番を中心とする円(2次元蝶番のとき)または球面(3次元蝶番のとき)上を運動する。
ただし、リンケージを組み合わせた場合、リンケージ(の端点)の運動の様子は自明なわけではない。
リンケージを連結させる
以下のJavaアプレットは3つのリンケージを連結した場合の様子を動かして確かめることができる。
3つのリンケージは次のように連結されている。 長さ$|XY|$のリンケージの端点$X$をピン止めして固定、もう一つの端点$Y$(円$X$の円周上にある)で2本目の長さ$|YZ|$のリンケージの端点と連結する。 2本目のリンケージのもう一方の端点$Z$(円$Y$の円周上にある)で3本目の長さ$|ZA|$のリンケージ端点と連結する。
このリンケージ構成では動かすことができる蝶番は2点$Y$と$Z$および$A$である。 注目すべき挙動は、$Y$, $Z$を動かしたとき、リンケージシステムの端点$A$がどのように動くかである(システムのもう一方の端点$X$はピン留めされていて動かない)。
演習:
アプレット内の点$Y$, $Z$および$A$をマウスでドラッグし、リンケージシステムが全体としてどのように動くかを確かめ、言語化して説明してみなさい。
特に、点$Y$, $Z$を動かしたとき、点$A$の軌跡がどうなるかを確かめなさい。
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