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輸入計算

數學公式

Show calculation steps (2)
  1. Launch Angle

    Launch Angle: 由最大高度與水平射程反推拋體運動計算器

    Launch angle above horizontal from peak height h and range l.

  2. Time of Flight

    Time of Flight: 由最大高度與水平射程反推拋體運動計算器

    Total flight time = twice the rise time to the peak height h.

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結果

發射初速
33.73
公尺每秒
初速 v 121.42 km/h
Launch angle θ 68.2°
飛行時間 t 6.387 s

這個計算器的功能

這個工具會從拋體的飛行軌跡「反推」回去。只要你知道它飛到多高(最大高度 h)以及水平方向飛了多遠(射程 l),就能算出發射初速、發射角度,以及整段飛行所需的總時間。計算前提是忽略空氣阻力,且發射點與落地點位於同一高度,因此飛行路徑是一條對稱的拋物線。

顯示發射角 theta、最高點高度 h 和水平射程 l 的拋體拋物線軌跡
由最高點高度 h、射程 l 和發射角 theta 決定的拋體拋物線軌跡。

如何使用

輸入以公尺為單位的最大高度、以公尺為單位的水平射程,以及重力加速度(預設為標準重力 9.80665 m/s²)。按下計算後,即可看到所需的發射初速(同時以 m/s 與 km/h 顯示)、相對於水平面量測的發射角度,以及拋體停留在空中的時間。若把射程設為 0 m,就能模擬純垂直發射的情況(角度 = 90°)。

公式說明

在最高點時,垂直方向的速度為零,因此最大高度可決定初始的垂直速度分量:\(v_y = \sqrt{2gh}\)。上升到最高點所需的時間為 \(\sqrt{2h/g}\),整段飛行則需要兩倍的時間:

$$t = 2\sqrt{\frac{2h}{g}}$$

水平方向以等速度運動,所以 \(v_x = \dfrac{l}{2\sqrt{2h/g}}\)。發射初速即為兩個分量的向量和

$$v = \sqrt{v_x^{2} + v_y^{2}}$$

而相對於水平面的發射角度為

$$\theta = \arctan\!\left(\frac{4h}{l}\right)$$

(在這個比值中,重力項會互相抵消)。

速度向量 v 在角度 theta 處分解為水平分量 v_x 和垂直分量 v_y
發射速度 v 是水平分量 v_x 與垂直分量 v_y 的合向量。

範例演算

假設 \(h = 50\ \text{m}\)、\(l = 80\ \text{m}\)、\(g = 9.80665\ \text{m/s}^2\):

$$v_y = \sqrt{2\times9.80665\times50} = 31.316\ \text{m/s}$$

飛行時間為

$$t = 2\sqrt{\frac{100}{9.80665}} = 6.387\ \text{s}$$

水平速度為

$$v_x = \frac{80}{6.387} = 12.526\ \text{m/s}$$

因此

$$v = \sqrt{12.526^{2} + 31.316^{2}} = 33.73\ \text{m/s}$$

(約 121.4 km/h),而

$$\theta = \arctan\!\left(\frac{200}{80}\right) = \arctan(2.5) = 68.20^{\circ}$$

常見問題

這有把空氣阻力算進去嗎?沒有。它採用真空中的理想拋體運動模型,對於密度較高、速度不太快的物體相當準確。

如果發射與落地的高度不一樣呢?這個對稱模型假設兩端高度相同。當高度不同時,時間與射程之間的關係會改變,上述公式便無法直接套用。

為什麼角度的計算可以忽略重力?因為 \(\tan\theta = v_y/v_x\) 化簡後等於 \(4h/l\),重力 \(g\) 會被約掉。重力仍然會影響速度與飛行時間,只是不影響角度而已。

最後更新: