這個計算機能做什麼
本工具以不計空氣阻力的理想拋體運動為模型,假設物體在同一高度發射並落回原高度。只要輸入初速 \(v\) 與總飛行時間 \(t\)(即滯空時間),就能算出相對水平面的發射角、所能達到的最大高度,以及水平射程(飛行距離)。
使用方式
先輸入初速並選擇單位(m/s 或 km/h),接著填入以秒為單位的飛行時間,以及重力加速度(單位 m/s²,預設值為 9.80665,即標準重力)。計算機會先把速度換算成國際單位制(SI),再推導出發射角、最大高度與射程。若初速太小、不足以讓物體在指定時間內維持滯空,系統會顯示無實數解。
公式解析
總飛行時間只取決於垂直方向的運動。物體上升到最高點所需的時間為 \(t/2\),此時垂直速度為零,因此初速的垂直分量為 \(v_y = g\cdot t/2\)。水平分量則為 \(v_x = \sqrt{v^{2}-v_y^{2}}\)。由此可得:射程 \(l = v_x\cdot t\),最大高度 \(h = g\cdot t^{2}/8\),發射角 \(\theta = \arctan(4h/l)\),再換算成度數。
範例試算
設 \(v = 90\ \text{km/h} = 25\ \text{m/s}\)、\(t = 5\ \text{s}\)、\(g = 9.80665\ \text{m/s}^2\):
$$v_y = \frac{9.80665\cdot 5}{2} = 24.5166\ \text{m/s}$$$$v_x = \sqrt{625 - 601.065} = 4.8923\ \text{m/s}$$所以 \(l = 24.46\ \text{m}\),
$$h = \frac{9.80665\cdot 25}{8} = 30.65\ \text{m}$$$$\theta = \arctan\!\left(\frac{4\cdot 30.65}{24.46}\right) = \arctan(5.011) \approx 78.72°$$常見問題
為什麼會顯示「無實數解」?要符合物理條件,必須滿足 \(v \ge g\cdot t/2\)。若初速太小、無法達到所要求的滯空時間,根號內的數值會變成負數,也就不存在合理的發射條件。
如果射程是零會怎樣?當 \(v\) 恰好等於 \(g\cdot t/2\) 時,水平分量為零,代表物體是垂直向上拋出,發射角為 90°。
有把空氣阻力算進去嗎?沒有。本工具採用理想化的真空模型;在現實世界中,因為空氣阻力的影響,實際射程會比計算值更短。