這個計算器能做什麼
本工具運用古典力學的動能公式 \(KE = \frac{1}{2} m v^{2}\),只要您知道其中兩個數值,就能求出動能、質量或速度三者之一。每個欄位都附有單位下拉選單,因此您可以自由搭配千焦、度(千瓦時)、磅、公里/小時等不同單位。計算時系統會先將所有數值轉換成 SI 基本單位(焦耳、公斤、公尺/秒),代入公式運算後,再把結果換算回您所選的單位。
使用方法
首先在「選擇計算項目」下拉選單中決定要算什麼。若選擇計算動能 KE,請輸入質量與速度;若選擇計算質量,請輸入動能與速度;若選擇計算速度,則輸入動能與質量。接著在每個數值旁挑選對應單位,並視需要指定有效位數(或維持「自動」,約顯示 6 位數),即可讀取結果。
公式解析
動能是物體因運動而具有的能量,基本關係式為 $$KE = \frac{1}{2} m v^{2}.$$ 經過移項可得 \(m = \frac{2KE}{v^{2}}\)(須 \(v \ne 0\)),以及 \(v = \sqrt{\frac{2KE}{m}}\)(須 \(m > 0\))。由於速度是平方項,其正負號不影響能量大小;因此在求解速度時,計算器只會回報非負的數值(即大小)。
計算範例
一個 10 kg 的物體以 5 m/s 移動,其動能為 $$KE = \frac{1}{2} \times 10 \times 5^{2} = \frac{1}{2} \times 10 \times 25 = \mathbf{125\ J}.$$ 反過來計算:已知 KE = 125 J、m = 10 kg,則 \(v = \sqrt{\frac{2 \times 125}{10}} = \sqrt{25} = 5\ \text{m/s}\),相當於 18 km/h。若已知 KE = 125 J、v = 5 m/s,則 \(m = \frac{2 \times 125}{25} = 10\ \text{kg}\)。
常見問題
為什麼求解質量時速度不能為零?質量公式須除以 \(v^{2}\);當速度為零時,能量也為零,無法提供任何關於質量的資訊,因此結果未定義。
動能可以是負值嗎?不行。動能恆為零或正值,因此以負能量去求解速度在物理上不成立,系統會予以拒絕。
採用哪一種 BTU 與卡路里?單位換算時採用平均 BTU(1055.87 J)與平均卡(4.19002 J)。