這個計算機能做什麼
本工具用來解決經典的等加速度(定加速度)問題。當物體以穩定的速率從初速 \(v_0\) 加速或減速到末速 \(v\),歷時 \(t\) 秒,只要這三個數字,就能算出固定的加速度 \(a\) 以及物體行進的距離 \(d\)。由於這是普遍適用的物理定律,計算結果在世界任何地方都成立,不受地區性條件影響。
使用方式
先輸入經過時間 \(t\)(以秒為單位),接著選擇一個同時適用於兩個速度的單位(km/h、m/min 或 m/s),再填入初速 \(v_0\) 與末速 \(v\)。若物體加速,\(v\) 會大於 \(v_0\),加速度為正值;若物體減速,\(v\) 會小於 \(v_0\),加速度為負值(即減速),這同樣是合理且正確的結果。
公式解析
計算時會先把兩個速度換算成 SI 單位(m/s)。km/h 的換算係數為 \(\frac{1000}{3600} = 0.2778\),m/min 為 \(\frac{1}{60}\),而 m/s 為 \(1\)。接著加速度為 $$a = \frac{v - v_0}{t}$$ 單位是 \(\text{m/s}^2\)。同一個數值也可以乘以 \(3.6\),表示成每秒增加的 km/h;或除以標準重力 \(1\,g = 9.80665\ \text{m/s}^2\),換算成 \(g\) 的倍數。距離則採用平均速度公式: $$d = \frac{v_0 + v}{2} \times t$$ 這在等加速度的情況下與 \(d = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2\) 完全相同。
範例試算
假設 \(t = 5\ \text{s}\)、\(v_0 = 0\ \text{km/h}\)、\(v = 20\ \text{km/h}\)。換算後 $$v = 20 \times 0.2778 = 5.556\ \text{m/s}$$ 於是 $$a = \frac{5.556 - 0}{5} = 1.111\ \text{m/s}^2$$ 相當於每秒增加 \(4.0\) km/h,也就是 \(0.1133\,g\)。行進距離為 $$d = \frac{0 + 5.556}{2} \times 5 = 13.889\ \text{m}$$ 約等於 \(0.0139\ \text{km}\)。
常見問題
為什麼 \(t = 0\) 會出現錯誤?因為加速度的計算要除以時間,當經過時間為零時,加速度在數學上無法定義。
加速度可以是負值嗎?可以。如果末速低於初速,代表物體正在減速,計算結果就會是負值。
「以 \(g\) 表示」是什麼意思?它代表加速度相對於標準重力(\(1\,g = 9.80665\ \text{m/s}^2\))的倍數,方便你和在地球上感受到的重力拉扯做比較。