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 \(\Delta v \div \Delta t\)。
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。
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。
| 從 | 至 | 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。