這個計算機的功能
本工具模擬理想的拋體運動:物體自地面以指定的初速與角度發射,在固定重力作用下運動,且不考慮空氣阻力。它會列出整段軌跡——在一連串時間點(或一連串水平距離)對應的高度與水平距離,並回報關鍵數值:飛行時間、最大高度與最大射程。背後的物理是普世通用的牛頓力學,在任何地方都一樣適用。
使用方式
輸入初速 \(v\) 並選擇單位(m/s 或 km/h)。設定發射角 \(\theta\)(以度為單位,0 至 90),以及重力加速度 \(g\)(預設值為地球標準重力 9.80665 m/s²)。接著選擇掃描變數:選時間時,會以 \(t = \text{起始值} + n \times \text{間隔}\) 產生每一列;選距離時,會以 \(l = \text{起始值} + n \times \text{間隔}\) 產生每一列,並求出各距離對應的時間與高度。調整起始值、間隔與重複次數,即可控制表格的精細程度。
公式解析
發射速度可拆解為水平分量 \(v_x = v\cdot\cos\theta\) 與垂直分量 \(v_y = v\cdot\sin\theta\)。水平方向為等速運動,\(l(t) = v_x\cdot t\);垂直方向則為等減速運動,\(h(t) = v_y\cdot t - \tfrac{1}{2}g\cdot t^{2}\)。消去時間後即得拋物線方程式
$$h(l) = l\cdot\tan\theta - \frac{g\cdot l^{2}}{2v^{2}\cos^{2}\theta}$$拋體在 \(T = \dfrac{2v\cdot\sin\theta}{g}\) 後回到發射高度,最高點為 \(H = \dfrac{v^{2}\sin^{2}\theta}{2g}\),落地距離為 \(R = \dfrac{v^{2}\sin(2\theta)}{g}\)。
範例試算
當 \(v = 30\ \text{m/s}\)、\(\theta = 60^\circ\)、\(g = 9.80665\ \text{m/s}^2\) 時:\(v_x = 15\ \text{m/s}\),\(v_y = 25.98\ \text{m/s}\)。在 \(t = 0.1\ \text{s}\) 時,物體位於 \(l = 1.5\ \text{m}\)、\(h = 2.549\ \text{m}\)。飛行時間為 \(T = \dfrac{2\times 25.98}{9.80665} = 5.299\ \text{s}\),最大高度為 \(H = \dfrac{25.98^{2}}{2\times 9.80665} = 34.41\ \text{m}\),最大射程為 \(R = \dfrac{900\times\sin(120^\circ)}{9.80665} = 79.48\ \text{m}\)。
常見問題
有考慮空氣阻力嗎?沒有。本計算假設為真空(無阻力)中的拋體,因此實際情況下的射程通常會比較短。
當 \(\theta = 90^\circ\) 時會怎樣?物體會直直向上:\(v_x = 0\),所以水平距離維持為 0。在距離掃描模式下,它永遠到不了任何非零的距離,因此高度都會回報為 0。
為什麼有些高度會變成負值?過了飛行時間之後,拋體已落到發射高度以下;表格會持續列出這些下降階段的數值。