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 \(t = s / u\)。
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。