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輸入計算

數學公式

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結果

Calculated Displacement
125 m
參數 數值
位移 125 m
初速度 5 m/s
末速度 20 m/s
時間 10 s
平均速度 12.5 m/s

本計算以公式:x = ½(u + v)t 為依據

其中 x 為位移、u 為初速度、v 為末速度、t 為時間。

這個位移計算器能做什麼

這個計算器運用運動學公式,透過初速度、末速度與時間來求出位移。它適用於做等加速度(等速度變化)運動的物體,是物理力學中的核心主題。和只能算單一項目的工具不同,它能將同一條公式變形,求出四個物理量中的任何一個,所以無論你需要算位移、速度還是時間,它都能勝任。

計算公式

本計算器以運動學公式的「平均速度形式」為基礎:

$$\text{x} = \frac{1}{2}\left(\text{u} + \text{v}\right)\,\text{t}$$
  • x = 位移(例如:公尺)
  • u = 初速度(例如:m/s)
  • v = 末速度(例如:m/s)
  • t = 時間(例如:秒)

由於 \(\frac{1}{2}(\text{u} + \text{v})\) 這一項其實就是這段時間內的平均速度,因此位移等於平均速度乘以時間。本工具也會額外把這個平均速度一併顯示給你。

速度-時間圖,將位移顯示為梯形的面積
位移等於速度-時間圖下方梯形的面積,即初速度與末速度在時間上的平均。

使用方法

首先,利用 計算項目 選單選擇你想求的數值——位移(\(\text{x}\))、初速度(\(\text{u}\))、末速度(\(\text{v}\))或時間(\(\text{t}\))。接著在對應欄位輸入三個已知數值,計算器就會自動將公式變形:

  • 位移:\(\text{x} = \frac{1}{2}(\text{u} + \text{v})\,\text{t}\)
  • 初速度:\(\text{u} = \frac{2\,\text{x}}{\text{t}} - \text{v}\)
  • 末速度:\(\text{v} = \frac{2\,\text{x}}{\text{t}} - \text{u}\)
  • 時間:\(\text{t} = \frac{2\,\text{x}}{\text{u} + \text{v}}\)
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範例試算

假設一輛汽車以 \(\text{u} = 5\ \text{m/s}\) 起步,在 \(\text{t} = 4\) 秒內加速到 \(\text{v} = 25\ \text{m/s}\)。將 計算項目 設為位移,並輸入這些數值:

$$\text{x} = \frac{1}{2}(5 + 25) \times 4 = \frac{1}{2} \times 30 \times 4 = \textbf{60 公尺}$$

平均速度為 \(\frac{1}{2}(5 + 25) = 15\ \text{m/s}\)。

現在反過來算:選擇求時間,輸入 \(\text{x} = 60\)、\(\text{u} = 5\)、\(\text{v} = 25\),就會得到 \(\text{t} = \frac{2 \times 60}{5 + 25} = 4\) 秒——剛好驗證了前面的結果。

數線顯示初始位置、運動箭頭以及帶有位移的最終位置
位移是從起始位置到終止位置的直線距離與方向。

常見問題

這有把加速度算進去嗎?沒有直接計算,但它假設加速度是固定的。加速度其實隱含在速度由 \(\text{u}\) 變到 \(\text{v}\)、歷時 \(\text{t}\) 的過程中。這條公式只有在等加速度(加速度均勻)的情況下才成立。

我該用什麼單位?只要單位一致就行。如果速度用 m/s、時間用秒,位移就會是公尺;若用 mph(英里/小時)搭配小時,位移就會是英里。

位移可以是負值嗎?可以。如果速度為負(代表往反方向運動),算出的結果就會是負值,表示位移方向和你所設定的正方向相反。

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