這個角速度計算機能做什麼
這個工具用來計算物體旋轉的快慢。只要輸入物體轉過的角度,以及完成這段旋轉所花的時間,計算機就會同時以三種常用單位呈現旋轉速度:度/秒、弧度/秒,以及每分鐘轉速(RPM)。無論你是物理科系的學生、機械工程師,或正在處理輪子、馬達、齒輪或各種旋轉機械的人,都能派上用場。
你需要輸入的資料
- 角度(度):物體總共轉過的角度,以「度」為單位。轉一整圈為 360°。
- 時間(秒):這段旋轉總共花了多少秒。
公式說明
角速度其實就是「角度除以時間」。計算機會依下列步驟運算:
$$\omega = \frac{\text{Angle (}^{\circ}\text{)}}{\text{Time (s)}}$$- 度/秒:角度 ÷ 時間
- 弧度/秒:把「度/秒」的結果換算成弧度(乘以 \(\pi/180\),因為 \(180^{\circ} = \pi\) 弧度)
- 每分鐘轉速(RPM):(度/秒 ÷ 360)× 60,因為 360° 等於轉一整圈,而一分鐘有 60 秒
實際範例
假設一個輪子在 4 秒內轉過 720 度。
- 角速度 = \(720 \div 4 = \mathbf{180}\) 度/秒
- 換算成弧度 = \(180 \times (\pi/180) \approx \mathbf{3.142}\) 弧度/秒
- RPM =(180 ÷ 360)× 60 = 每分鐘 30 轉
因此這個輪子的轉速為 180°/s,約 3.14 rad/s,或 30 RPM。
關鍵術語與變數
下面的術語定義了計算旋轉運動時使用的量。理解每個單位至關重要,因為角速度可以用每秒度數或每秒弧度表示。
- 角速度 (\(\omega\))
- 物體繞軸旋轉或公轉的速率——即角位置隨時間變化的速率。定義為 \(\omega = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}\)。常見單位為每秒弧度 (rad/s)、每秒度數 (°/s) 或每分鐘轉數 (RPM)。在 SI 單位中,每秒弧度是標準單位。
- 角位移 (\(\theta\))
- 物體沿著圓形路徑運動所經過的角度,從其起始位置開始測量。它是線性距離的旋轉類比。單位為弧度 (rad) 或度數 (°),其中一個完整轉數等於 \(360^{\circ}\) 或 \(2\pi\) rad。
- 週期 (\(T\))
- 完成一個完整轉數(旋轉的一個週期)所需的時間。單位為秒 (s)。它與角速度的關係為 \(\omega = \dfrac{2\pi}{T}\)。
- 頻率 (\(f\))
- 單位時間內完整轉數的次數,等於週期的倒數:\(f = \dfrac{1}{T}\)。單位為赫茲 (Hz),其中 1 Hz = 每秒 1 轉。它與角速度的關係為 \(\omega = 2\pi f\)。
- 弧度 (rad)
- 平面角的 SI 單位,定義為圓心處由長度等於半徑的圓弧所對應的角度。一個完整圓包含 \(2\pi \approx 6.2832\) 弧度,所以 \(1\ \text{rad} = \dfrac{180^{\circ}}{\pi} \approx 57.2958^{\circ}\)。
- 轉數 (rev)
- 繞著圓形路徑完整轉動一次,等於 \(360^{\circ}\) 或 \(2\pi\) 弧度。旋轉速度通常以每分鐘轉數 (RPM) 表示;注意 \(1\ \text{RPM} = \dfrac{2\pi}{60}\ \text{rad/s} \approx 0.10472\ \text{rad/s}\)。
- 切向速度 (\(v = \omega r\))
- 旋轉物體上一個點的線性速度,方向沿著其圓形路徑相切。它等於角速度(以 rad/s 為單位)乘以半徑 \(r\)(距離軸的距離),單位為每秒公尺 (m/s)。對於給定的 \(\omega\),距離軸更遠的點運動速度更快。
常見問題
為什麼要換算成弧度?大多數物理公式——例如線速度(\(v = \omega r\))與旋轉動能——都要求角速度以「弧度/秒」表示,因此計算機會自動幫你完成這項換算。
度/秒和 RPM 有什麼不同?兩者都用來描述旋轉的快慢。度/秒計算的是每秒轉過多少角度,而 RPM 則計算一分鐘內完整轉了幾圈。工具會同時顯示兩種數值,方便你依專案需求選用合適的單位。
可以輸入超過 360 度的角度嗎?可以。如果物體轉了好幾圈,請輸入累計的總角度(例如轉兩整圈就是 720 度)。計算機可處理任意大小的數值。