什麼是衝量公式?
衝量用來衡量一個力在一段時間內所造成的總體效應。根據衝量-動量定理,衝量等於物體動量的變化量。其核心關係式為 \(J = F \cdot t\),其中 F 為作用力、t 為作用時間、J 為衝量。在國際單位制(SI)中,力以牛頓(N)為單位、時間以秒(s)為單位、衝量則以牛頓·秒(\(\text{N}\cdot\text{s}\))表示——而牛頓·秒在量綱上與公斤·公尺每秒(\(\text{kg}\cdot\text{m/s}\))完全相同。
如何使用這個計算器
首先選擇你想求解的目標:衝量、作用力或時間。接著輸入兩個已知數值並選擇對應的單位。本工具會將每個輸入值換算成 SI 基本單位,套用 \(J = F \cdot t\) 的正確變形公式,最後以結果的 SI 基本單位呈現答案。你可以將有效數字保持在「自動」以取得完整精度,或自行指定固定的有效數字位數來四捨五入顯示值。系統也接受科學記號,例如 3.45e22。
公式詳解
從 \(J = F \cdot t\) 可直接推導出三種形式。求衝量時,將力乘以時間。求力時,將衝量除以時間(\(F = J / t\)),此時時間不得為零。求時間時,將衝量除以力(\(t = J / F\)),此時力不得為零。計算器會針對這兩種除法情況進行防呆檢查,若除數為零便會回傳清楚的錯誤提示。
實例演算
一個 20 N 的定力推動一台手推車持續 5 秒,其衝量為 $$J = F \cdot t = 20 \times 5 = 100\ \text{N}\cdot\text{s}$$ 相當於手推車動量變化 100 kg·m/s。反過來,若已知衝量 J = 100 N·s 作用了 2 分鐘(120 秒),則作用力為 $$F = 100 / 120 = 0.8333\ \text{N}$$
常見問題
為什麼 N·s 與 kg·m/s 相同?因為 1 N = 1 kg·m/s²,乘上秒後即得 kg·m/s。兩者都用來描述衝量與動量。
可以使用英制單位嗎?可以。力的部分支援磅力、千磅力(kip)、盎司力與磅達(poundal);衝量則支援磅力·秒與磅·英尺每秒;所有單位在內部都會換算為 SI 單位。
這個公式是否假設力為定值?\(J = F \cdot t\) 在力為定值時完全成立。若力會隨時間變化,則 F 代表該段時間內的平均力。