這個計算機能做什麼
本工具模擬經典的物理問題:物體從地面以特定速度與角度發射,最後落回相同高度。在忽略空氣阻力、且假設重力恆定的條件下,它會回傳三個關鍵數值:總飛行時間、所到達的最大高度,以及水平射程。無論是物理作業、彈道直覺判斷、運動軌跡估算,還是工程上的合理性驗算,都能派上用場。
使用方式
輸入初速度,並選擇單位(m/s 或 km/h)。發射角請以度(°)為單位,輸入 0 到 90 之間的數值。重力加速度預設為標準重力 9.80665 m/s²,但你也可以自行更改(例如月球上填 1.62)。計算時,速度會在內部換算成 m/s(km/h 會除以 3.6),角度也會轉換為弧度後再套用公式。
公式說明
先將速度分解成兩個分量:水平方向為 \(v\cdot\cos\theta\),垂直方向為 \(v\cdot\sin\theta\)。由於垂直運動具對稱性,飛行時間為 $$t = \frac{2v\cdot\sin\theta}{g}.$$ 最高點高度為 $$h = \frac{(v\cdot\sin\theta)^{2}}{2g}.$$ 再以水平速度乘上飛行時間,即得射程 $$l = \frac{v^{2}\cdot\sin(2\theta)}{g},$$ 並在 \(\theta = 45^\circ\) 時達到最大值。
實例演算
以 \(v = 30\,\text{m/s}\)、\(\theta = 60^\circ\)、\(g = 9.80665\,\text{m/s}^2\) 為例:\(v\cdot\sin 60^\circ = 25.981\,\text{m/s}\),因此 $$t = \frac{2\times 25.981}{9.80665} \approx 5.299\,\text{秒},$$ $$h = \frac{25.981^{2}}{19.6133} \approx 34.419\,\text{公尺},$$ $$l = \frac{900\times\sin 120^\circ}{9.80665} \approx 79.479\,\text{公尺}.$$
常見問題
哪個角度的射程最遠?在平地上、且無空氣阻力的情況下,45° 可使射程達到最大。
為什麼 0° 或 90° 時射程是零?在 0° 時,拋體從地面出發卻沒有任何向上的速度,根本飛不起來;在 90° 時,它筆直上升再筆直落下,水平方向毫無位移。
這有考慮發射高度或空氣阻力嗎?沒有。它假設發射與落地的高度相同,並忽略空氣阻力,因此真實世界中的距離通常會比計算值更短。