什麼是等加速度運動?
等加速度運動指的是物體沿直線、以固定加速度前進的運動。整個過程可由五個物理量完整描述——初速度(\(u\))、末速度(\(v\))、加速度(\(a\))、時間(\(t\))與位移(\(s\))——它們之間由經典的 SUVAT 運動學方程式相互連結。本計算機只需輸入 \(u\)、\(a\) 與 \(t\) 三個數值,即可算出末速度、位移以及 \(v^2\) 的值。
如何使用
請依序輸入以公尺每秒(m/s)為單位的初速度、以公尺每秒平方(m/s²)為單位的固定加速度,以及以秒(s)為單位的經過時間。計算機會立即輸出末速度(\(v\))、位移(\(s\))與 \(v^2\)(在接續其他運動學計算時相當實用)。若要模擬減速,可輸入負的加速度;若要計算地表附近的自由落體,則可使用 \(a = 9.81\)。
公式解析
本計算機使用以下三條方程式:\(v = u + a \cdot t\)(速度隨時間呈線性增加)、\(s = u \cdot t + \tfrac{1}{2} \cdot a \cdot t^2\)(位移由等速部分 \(u \cdot t\) 與加速部分 \(\tfrac{1}{2} \cdot a \cdot t^2\) 合成),以及 \(v^2 = u^2 + 2 \cdot a \cdot s\)(這是一條不含時間、直接連結速度與位移的關係式)。請注意,這些公式只有在加速度維持固定時才成立。
$$v = u + a t,\quad s = u t + \tfrac{1}{2} a t^2,\quad v^2 = u^2 + 2 a s$$
實例演算
一輛汽車以 \(u = 10\) m/s 起步,並以 \(a = 2\) m/s² 的加速度行駛 \(t = 5\) s。末速度 $$v = 10 + 2 \times 5 = 20 \text{ m/s}$$ 位移 $$s = 10 \times 5 + \tfrac{1}{2} \times 2 \times 5^2 = 50 + 25 = 75 \text{ m}$$ 再驗證 $$v^2 = 10^2 + 2 \times 2 \times 75 = 100 + 300 = 400 \text{ m}^2/\text{s}^2$$ 恰好等於 \(20^2\),與前面的結果一致。
常見問題
可以使用其他單位嗎?公式本身與單位無關,但務必保持一致——例如若採用英尺與秒,得到的答案就會是英尺與英尺每秒。
如果加速度為零會怎樣?方程式依然成立:此時 \(v = u\)、\(s = u \cdot t\),正好對應單純的等速運動。
要如何模擬減速?輸入負的加速度值即可,例如 \(-3\) m/s²,物體就會逐漸減速。