什麼是力與速度求功率計算器?
這個計算器可算出當一個力作用在以特定速度運動的物體上時,所傳遞的瞬時機械功率。功率是做功的速率;當一個固定的力推動物體時,功率就等於力乘以速度,再乘以力與運動方向之間夾角的餘弦值。
使用方法
輸入力的大小(單位為牛頓 N)、速度(單位為公尺/秒 m/s),以及力向量與速度向量之間的夾角 \(\theta\)(單位為度)。若力恰好沿著運動方向施加,將夾角保持在 0° 即可。計算器會以瓦特、千瓦與馬力三種單位顯示功率結果。
公式說明
核心公式為 $$P = F \cdot v \cdot \cos\theta$$ 只有與運動方向一致的力分量(\(F\cdot\cos\theta\))才會做功,因此當力與運動方向垂直(\(\theta = 90°\))時,\(\cos\theta = 0\),便不會傳遞任何功率。當力完全與運動方向相反(\(\theta = 180°\))時,功率為負值,代表能量正在被移除。
範例演算
假設有一個 200 N 的力作用在以 5 m/s 移動的推車上,力與運動方向的夾角為 0°。則 $$P = 200 \times 5 \times \cos(0°) = 200 \times 5 \times 1 = 1000 \text{ W}$$ 即 1 kW(約 1.34 馬力)。
常見問題
這個計算器使用哪些單位?採用國際單位制(SI):力以牛頓為單位,速度以公尺/秒為單位,功率則以瓦特為單位。
為什麼要納入夾角?功率只取決於沿速度方向的力分量。餘弦項正是用來處理以某個角度施加的力。
功率可以是負值嗎?可以。當夾角超過 90° 時,\(\cos\theta\) 為負值,代表力正在做負功,將動能移除。