透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

Show calculation steps (1)
  1. Angular Velocity

    Angular Velocity: 向心加速度計算器

    Angular velocity omega from tangential velocity v and radius r

廣告

結果

向心加速度
20
m/s²
切線速度 10 m/s
半徑 5 m
角速度 ω 2 rad/s

什麼是向心加速度?

任何沿著圓形軌跡運動的物體,運動方向都不斷在改變,因此即使速率維持不變,它仍然處於加速狀態。這個加速度始終指向圓心,稱為向心加速度。它的大小取決於物體運動的快慢(切線速度 \(v\))以及彎道的彎曲程度(半徑 \(r\))。

做圓周運動的物體,顯示切向速度與向心加速度向量
向心加速度指向圓心,而速度始終與圓相切。

如何使用本計算器

請以每秒公尺(m/s)輸入切線速度,並以公尺(m)輸入圓周軌跡的半徑。計算器會立即算出以 m/s² 為單位的向心加速度,以及以 rad/s 為單位的角速度 \(\omega\)。無論是人造衛星、汽車過彎、旋轉的輪子,或是在圓周上運動的粒子,任何等速圓周運動的問題都適用。

公式說明

兩個關鍵的關係式如下:

$$a = \frac{v^{2}}{r}$$——向心加速度等於速率的平方除以半徑。也可以寫成 \(a = \omega^{2} \cdot r\)。

$$\omega = \frac{v}{r}$$——角速度等於切線速率除以半徑。

速率越大或半徑越小,物體所承受的向心(向內)加速度就越大。

表示圓周運動中速度、半徑與角速度關係的示意圖
用切向速度 \(v\)、角速度 \(\omega\) 和半徑 \(r\) 描述的同一運動。

範例演算

假設一個物體以 \(v = 10\) m/s 在半徑 \(r = 5\) m 的圓周上運動。那麼 $$a = \frac{10^{2}}{5} = \frac{100}{5} = 20 \text{ m/s}^{2}$$,而 $$\omega = \frac{10}{5} = 2 \text{ rad/s}$$。也就是說,這個物體一邊以每秒 2 弧度的角速度旋轉,一邊朝圓心方向以 20 m/s² 加速。

常見問題

有向心加速度,是不是代表物體會越跑越快?不是。在等速圓周運動中,速率是固定不變的;向心加速度只會改變運動的方向,而不會改變快慢。

向心力是由什麼提供的?向心力來自真實存在的力,例如繩子的張力、重力、摩擦力或正向力,它們提供使物體維持在圓周軌跡上所需的向內力 \(F = m \cdot a\)。

我可以使用任何單位嗎?這個公式講求單位一致。使用 m/s 與 m,算出來的加速度就是 m/s²,角速度 \(\omega\) 就是 rad/s。

最後更新: