這個計算器能做什麼
本工具可計算物體做圓周運動時的離心力與切線速度(線速度)。只要輸入旋轉物體的質量、旋轉半徑與轉速,就能得到以牛頓(N)與公斤力(kgf)表示的力,以及以 m/s 與 km/h 表示的切線速度。這套計算採用通用的 SI 力學原理,全球皆適用,不涉及任何特定國家的規範。
使用方式
各欄位的單位都可以自由選擇。質量可輸入公斤或公克;半徑可用公尺、公分或公釐。至於轉速,則依你手上的數值形式選擇:每秒轉數(rps)、每分鐘轉數(rpm)或每秒弧度(rad/s)。計算器會先在內部把所有數值換算為 SI 單位,再進行運算。
公式解析
系統會先把轉速統一換算成角速度 \(\omega\)(單位 rad/s):若為 rps,\(\omega = 2\pi n\);若為 rpm,\(\omega = 2\pi n/60\);若已是 rad/s,則 \(\omega = n\)。接著切線速度為 \(v = \omega \times r\),離心力大小為 \(F = m \times r \times \omega^{2}\)(等價於 \(F = m v^{2} / r\))。換算成公斤力時為 \(F / 9.80665\)(採用標準重力加速度),而 km/h 則由 \(v \times 3.6\) 求得。
實例演算:鏈球(鐵餅式擲鏈球)
假設一顆 7.26 kg 的鏈球,以 2 m 半徑、每秒 2 轉旋轉。則 $$\omega = 2\pi \times 2 \approx 12.566 \text{ rad/s}$$ 切線速度 $$v = 12.566 \times 2 \approx 25.13 \text{ m/s} \approx 90.48 \text{ km/h}$$ 離心力 $$F = 7.26 \times 2 \times 12.566^{2} \approx 2292.9 \text{ N}$$ 約等於 233.8 kgf——是鏈球本身重量的 30 倍以上。
常見問題
離心力跟向心力是一樣的嗎?兩者大小相同,皆為 \(m r \omega^{2}\)。向心力指向圓心(是讓物體維持圓周路徑的真實作用力);離心力則是在旋轉參考系中感受到的、看似向外的「視在力」。
如果半徑為零會怎樣?位於正中心的物體 \(v = 0\)、\(F = 0\);此時計算結果會回傳為零,而不是錯誤訊息。
為什麼要用公斤力(kgf)表示?公斤力很適合用來和重量直接比較:1 kgf 就是 1 公斤所受的重力,因此 kgf 數值能讓你直觀地看出這股力相當於幾公斤的重量。