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輸入計算

數學公式

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結果

位移 (s)
75
m
方程式 s = u·t + ½·a·t²
求解結果 位移 (s)

這個計算機能做什麼

本工具用來求解經典的等加速度運動學公式 \(s = ut + \tfrac{1}{2}at^{2}\),其中 s 為位移、u 為初速度、a 為加速度、t 為時間。你只要選擇想求的那一個量,輸入其餘三項數值,計算機就會算出未知量。由於每筆輸入在運算前都會先換算成 SI 單位(公尺、m/s、m/s²、秒),完成後再換算回你所選的單位,因此不論使用哪一組一致的單位都能正常運作。

使用方式

先在「求解目標」選單中選定你要計算的變數。接著填入三個已知值,並從下拉選單中分別指定單位。你也可以選擇結果顯示的有效位數(內部運算一律以完整精度進行)。按下計算,即可得到以你所選輸出單位呈現的結果。

公式說明

基本公式由等加速度積分而來。經過移項可得到其他情況:\(u = (s - \tfrac{1}{2}at^{2}) / t\)\(a = 2(s - ut) / t^{2}\);求時間時則為二次方程式 \(\tfrac{1}{2}at^{2} + ut - s = 0\),其根為 $$t = \frac{-u \pm \sqrt{u^{2} + 2as}}{a}$$ 求 u 或 a 時需滿足 \(t \ne 0\);而當 \(a = 0\) 求時間時,則簡化為 \(t = s / u\)。

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速度-時間圖,線下面積分為矩形與三角形,兩者之和等於位移
位移等於速度-時間圖線下的面積:矩形 \(ut\) 加三角形 \(\tfrac{1}{2}at^{2}\)。
初速度為 u、加速度為 a 的物體在時間 t 內移動位移 s 的示意圖
\(s = ut + \tfrac{1}{2}at^{2}\) 中的變數:初速度 \(u\)、恆定加速度 \(a\)、經過時間 \(t\) 以及由此產生的位移 \(s\)。

範例演算

當 \(u = 10\) m/s、\(a = 2\) m/s²、\(t = 5\) s 時,位移為 $$s = 10\times5 + 0.5\times2\times5^{2} = 50 + 25 = 75 \text{ m}$$ 反向求解時間:已知 \(s = 75\) m、\(u = 10\)、\(a = 2\),判別式為 \(100 + 300 = 400\),\(\sqrt{400} = 20\),因此 $$t = \frac{-10 + 20}{2} = 5 \text{ s}$$(負根 \(-15\) s 不予採納)。

常見問題

可以輸入負值嗎?可以。負的加速度代表減速,而位移或速度也可能因方向不同而為負值。

為什麼有時會出現兩個時間答案?因為時間方程式為二次式,物體可能兩度經過同一位置(例如先向外移動再折返)。計算機會回報較小的非負根,並註明另一個有效根。

出現「無實數解」訊息是什麼意思?在求時間時,判別式 \(u^{2} + 2as\) 可能為負值,代表在給定的運動條件下,物體永遠無法到達該位移。

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