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輸入計算

數學公式

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結果

加速度
4
m/s²
速度變化量(Δv) 20 m/s
時間(Δt) 5 s

什麼是加速度計算器?

這個工具用來計算加速度,也就是物體速度隨時間變化的快慢程度。只要輸入初速度、末速度,以及速度變化所經歷的時間,工具就會回傳以每秒平方公尺(m/s²)為單位的平均加速度。任何一致的單位系統都適用,不過預設標示是採用國際單位制(SI),即速度用 m/s、時間用秒。

使用方法

填入初速度(\(u\))、末速度(\(v\))以及所經時間(\(t\)),按下計算,就能看到加速度,連同速度變化量(\(\Delta v\))和時間區間一併顯示。結果為正,代表物體正在加速;結果為負,則代表物體正在減速。

公式解析

加速度的定義為:

$$a = \frac{v - u}{t}$$

其中 \(a\) 是加速度,\(v\) 是末速度,\(u\) 是初速度,\(t\) 是經過的時間。分子(\(v - u\))是速度的變化量,常寫作 \(\Delta v\);而 \(t\) 則是時間的變化量 \(\Delta t\)。換句話說,加速度就是 \(\Delta v \div \Delta t\)。

物體在時間 t 內以加速度 a 從初速度 u 加速到末速度 v 的示意圖
加速度是速度的變化量(\(v - u\))除以所用時間 \(t\)。

範例演算

一輛汽車在 4 秒內由 10 m/s 加速到 30 m/s。速度變化量為 \(30 - 10 = 20\) m/s,再除以時間,得到 $$a = \frac{20}{4} = 5 \ \text{m/s}^2$$ 也就是說,這輛車每一秒的速度都增加 5 公尺/秒。

速度-時間圖,其中直線的斜率表示加速度
在速度-時間圖上,加速度就是直線的斜率。

典型加速度值

加速度是速度的變化率,以米每秒平方(m/s²)表示。地球上的標準重力加速度,記為 \(g\),精確定義為 9.80665 m/s²(通常四捨五入為 9.81 m/s²)。下面的數值將常見的加速度放在特定的背景中。

情況 近似加速度(m/s²) 以g為單位
標準重力加速度(g) 9.81 1.0
地表自由落體(無空氣阻力) 9.81 1.0
典型汽車,0–60 英里/小時約7秒 3.8 0.39
跑車,0–60 英里/小時約3秒 8.9 0.91
100米短跑運動員,初始衝刺 3–4 0.3–0.4
商用噴氣機起飛滑行 1.5–3 0.15–0.3
月球重力 1.62 0.165
火星重力 3.71 0.38
木星重力(雲頂) 24.79 2.53
太陽表面重力 274 27.9

作為參考,一輛汽車從靜止加速到 60 英里/小時(26.82 m/s)需時 7.0 秒,其加速度為 3.83 m/s²,與上表典型汽車一行相符。

速度與加速度單位轉換

由於公式 \(a = (v - u)/t\) 期望速度以 m/s 為單位,時間以秒為單位,您通常需要先轉換速度。將您的數值乘以下表所示的因子,可得到目標單位。

乘以 示例
km/h m/s 0.27778(即 ÷ 3.6) 100 km/h = 27.78 m/s
mph m/s 0.44704 60 mph = 26.82 m/s
m/s km/h 3.6 10 m/s = 36 km/h
ft/s m/s 0.3048 30 ft/s = 9.14 m/s
m/s² g 0.10197(即 ÷ 9.81) 4.9 m/s² = 0.5 g
g m/s² 9.80665 2 g = 19.61 m/s²
ft/s² m/s² 0.3048 10 ft/s² = 3.05 m/s²
km/h 每秒 m/s² 0.27778 36 km/h/s = 10 m/s²

提示:快速將 km/h 轉換為 m/s,除以 3.6;反向轉換時,乘以 3.6。

更多詳細示例

示例 1 — 減速(負結果)

一名騎自行車的人從 \(u = 12\) m/s 減速到 \(v = 4\) m/s,用時 \(t = 5\) s。代入公式:

$$a = \frac{v - u}{t} = \frac{4 - 12}{5} = \frac{-8}{5} = -1.6\ \text{m/s}^2$$

結果為 -1.6 m/s²。負號表示減速 — 速度在下降。

示例 2 — 從靜止開始(u = 0)

一列火車從靜止開始加速,因此 \(u = 0\) m/s,在 \(t = 12\) s 內達到 \(v = 30\) m/s:

$$a = \frac{v - u}{t} = \frac{30 - 0}{12} = \frac{30}{12} = 2.5\ \text{m/s}^2$$

加速度為 2.5 m/s²。

示例 3 — 需要 km/h → m/s 轉換

一輛汽車從 0 加速到 108 km/h,用時 8 秒。首先通過除以 3.6 將最終速度轉換為 m/s:

$$v = \frac{108}{3.6} = 30\ \text{m/s}$$

其中 \(u = 0\) m/s、\(v = 30\) m/s 和 \(t = 8\) s:

$$a = \frac{v - u}{t} = \frac{30 - 0}{8} = 3.75\ \text{m/s}^2$$

加速度為 3.75 m/s²。在應用公式之前,始終將速度轉換為 m/s。

常見問題

加速度為負值代表什麼?表示物體正在減速——因為末速度比初速度還小,速度逐漸下降。

應該使用哪些單位?若想得到 m/s² 的結果,速度請用 m/s、時間請用秒。其實只要單位保持一致,公式都成立(例如用 km/h 搭配小時,算出的就是 km/h²)。

這算的是平均加速度還是瞬時加速度?本工具計算的是整段時間區間內的平均加速度。瞬時加速度則需要用到微積分(速度對時間的導數)才能求得。

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