這個計算器能做什麼
這個工具可計算物體從靜止狀態、經過指定落下高度自由落下時所產生的動能與撞擊速度,並假設過程中沒有空氣阻力。當物體在重力加速度 \(g\) 作用下落下距離 \(h\),其重力位能會完全轉換為動能。計算結果會同時以焦耳(J)和千瓦時(kWh)顯示能量,並列出落地瞬間的速度(m/s)。
使用方法
輸入物體的質量並選擇單位(公斤或公克),再以公尺為單位填入落下距離。重力加速度預設為標準重力 9.80665 m/s²,但你可以自行修改,以模擬其他地點或天體的情況(例如月球約為 1.62 m/s²)。系統會先將質量換算成公斤,再以國際單位制(SI)進行計算。
公式說明
釋放的能量為 $$E = m \cdot g \cdot h,$$ 單位為焦耳。若要換算成千瓦時,將結果除以 3,600,000 即可,因為 \(1\ \text{kWh} = 3.6 \times 10^{6}\ \text{J}\)。撞擊速度則由能量守恆推導而來:\(\frac{1}{2} m v^{2} = m g h\),化簡後得到 $$v = \sqrt{2 \cdot g \cdot h}.$$ 值得注意的是,質量在速度方程式中相互抵消,因此在真空中同時落下的羽毛與鐵鎚會以相同的速度著地。
範例計算
讓一個 72 kg 的物體在標準重力下落下 4 m。能量 $$E = 72 \times 9.80665 \times 4 = 2824.3152\ \text{J},$$ 換算後為 \(2824.3152 / 3{,}600{,}000 \approx 7.8453 \times 10^{-4}\ \text{kWh}\)。撞擊速度 $$v = \sqrt{2 \times 9.80665 \times 4} = \sqrt{78.4532} \approx 8.8574\ \text{m/s}.$$
常見問題
速度會受質量影響嗎?不會。撞擊速度只取決於 \(g\) 與 \(h\)。質量會線性影響能量,但不影響速度。
有將空氣阻力納入計算嗎?沒有。本模型假設處於真空中(從靜止自由落下、阻力為零),因此對於輕量或大型物體,真實世界的數值會比計算結果更低。
如果落下高度為零會怎樣?能量與速度都會是零,因為根本沒有落下的過程。