什麼是拋體運動計算機?
這款計算機用來模擬一個物體被拋向空中、且不考慮空氣阻力時的運動軌跡,並假設它最後落回與發射點相同的高度。只要輸入初速度、發射角度與重力加速度,計算機就會回傳三項關鍵數據:水平射程、最大高度,以及總飛行時間。
使用方法
請以公尺/秒(m/s)輸入初速度,以度(0~90)輸入發射角度,並填入當地的重力加速度(地球約為 9.81 m/s²)。計算機會立即算出射程、最高點高度與飛行時間。對於固定的初速度而言,發射角度為 45° 時可達到最大射程。
公式說明
水平射程為 $$R = \frac{v^{2}\,\sin\!\left(2\theta\right)}{g}$$,最大高度為 $$H = \frac{v^{2}\,\sin^{2}\!\left(\theta\right)}{2g}$$,飛行時間為 $$T = \frac{2v\,\sin\!\left(\theta\right)}{g}$$。其中 \(v\) 為初速度、\(\theta\) 為發射角度、\(g\) 為重力加速度。這些公式是將速度分解為水平與垂直兩個分量,再套用等加速度運動學推導而來。
範例計算
假設以 30 m/s 的速度、30° 的角度拋出一顆球,g = 9.81 m/s²。射程 $$= \frac{30^{2}\cdot\sin(60°)}{9.81} = \frac{900\cdot 0.866025}{9.81} \approx 79.43 \text{ 公尺}$$。高度 $$= \frac{900\cdot\sin^{2}(30°)}{2\cdot 9.81} = \frac{900\cdot 0.25}{19.62} \approx 11.47 \text{ 公尺}$$。時間 $$= \frac{2\cdot 30\cdot\sin(30°)}{9.81} = \frac{30}{9.81} \approx 3.06 \text{ 秒}$$。
常見問題
哪個角度可以打得最遠?在水平地面上,當初速度固定時,45° 可達到最大射程。
這有把空氣阻力算進去嗎?沒有。本計算機假設物體在真空中、重力固定的理想拋體運動條件下進行。
為什麼要假設發射點與落地點同高?因為這些標準公式適用於物體落回發射高度的情況;若起點與終點高度不同,就必須改用完整的飛行時間二次方程式來求解。