這個計算器能做什麼
這個工具用來求解牛頓力學中經典的「等加速度(均加速)運動」問題:已知初速度 \(v_0\) 與固定加速度 \(a\),計算物體達到目標速度 \(v\) 所需的時間,以及這段時間內行進的距離。由於它純粹是運動學問題,不涉及任何國家或地區的特殊規定,因此世界各地的計算結果都完全一致。
使用方式
輸入加速度 \(a\),並選擇單位(km/h/s,代表每秒增加的時速公里數;或 m/s²)。接著輸入初速度 \(v_0\),選擇其單位(km/h、m/min 或 m/s)。然後以與 \(v_0\) 相同的單位輸入目標速度 \(v\)。計算器會先將所有數值換算為國際單位制(SI),再算出經過的時間(以時:分:秒顯示)以及以公尺為單位的行進距離。
公式說明
所有數值會先換算為 SI 單位。在等加速度下改變速度所需的時間為 $$t = \frac{v - v_0}{a}$$ 距離則為 $$d = v_0 \cdot t + \tfrac{1}{2} \cdot a \cdot t^2,$$ 在數學上等同於 $$d = \frac{v^2 - v_0^2}{2a}.$$ 1 km/h/s 等於 \(1000/3600 = 0.27778\) m/s²;1 km/h 等於 0.27778 m/s;1 m/min 等於 \(1/60\) m/s。
範例計算
假設 \(a = 2\) km/h/s,\(v_0 = 0\) km/h,\(v = 36\) km/h。換算後:$$a = 2 \times 0.27778 = 0.55556 \text{ m/s}^2,$$ \(v_0 = 0\) m/s,$$v = 36 \times 0.27778 = 10 \text{ m/s}.$$ 時間 $$t = \frac{10 - 0}{0.55556} = 18 \text{ 秒},$$ 顯示為 0:0:18。距離 $$d = 0 + \tfrac{1}{2} \times 0.55556 \times 18^2 = 0.27778 \times 324 = 90 \text{ 公尺}.$$
常見問題
如果加速度是零會怎樣?時間將無法定義(速度永遠不會改變),因此計算器會將這筆輸入標示為無效。
可以模擬減速嗎?可以。從較高速度減慢到較低速度時,請使用負的加速度;\((v - v_0)\) 的正負號必須與 \(a\) 的正負號一致,否則將永遠無法達到目標速度。
有考慮空氣阻力嗎?沒有。本計算器假設整段運動只受單一固定加速度作用,不計空氣阻力或其他外力。