這個計算機能做什麼
這個工具可針對等加速度運動學公式 \(v^2 = u^2 + 2as\),求解其中任一未知量:末速度(v)、初速度(u)、加速度(a)或位移(s)。在運動學的「五大公式」中,唯獨這一條不含時間項,因此當你已知四個物理量中的其中三個、想快速算出第四個時,它最為好用。每個欄位都有獨立的單位選單,計算結果也會自動換算回你所選擇的單位。
使用方法
先在「選擇計算項目」選單中挑選你要求的量,接著輸入三個已知數值,並為每一項選對單位(m/s、km/h、ft/s、節、g、英里等)。若需要特定精度,可設定有效數字位數,最後即可讀取結果。計算機在內部會先將所有數值換算成 SI 基本單位(m/s、m/s²、m),代入公式運算後,再把答案換算回你指定的單位。
公式說明
從 \(v^2 = u^2 + 2as\) 出發,移項後可得:
$$v = \sqrt{u^2 + 2as}$$$$u = \sqrt{v^2 - 2as}$$$$a = \frac{v^2 - u^2}{2s}$$$$s = \frac{v^2 - u^2}{2a}$$求 v 與 u 時會用到開根號,因此計算機會回傳非負(大小)的那一個根。若根號內的值為負,則無實數解——在物理上代表物體在到達該位移之前就已停止或開始反向。
範例演算
一輛車從靜止出發(\(u = 0\ \text{m/s}\)),以 \(a = 3\ \text{m/s}^2\) 的加速度行駛 \(s = 30\ \text{m}\)。求 v。
$$v = \sqrt{0^2 + 2 \cdot 3 \cdot 30} = \sqrt{180} \approx 13.42\ \text{m/s}$$約等於 48.3 km/h。
常見問題
為什麼有時候會出現「無實數解」?在求 v 或 u 時,根號內的數值可能變成負數(例如在長距離上猛烈煞車)。這代表運動根本到不了那個位移,因此不存在對應的實數速度。
為什麼位移為零時加速度會「無定義」?求 a 時要除以 \(2s\),求 s 時要除以 \(2a\);當分母為零,結果便無定義,除非 u 與 v 恰好相等。
這個計算機有考慮方向嗎?速度在此被當作沿著你所選正方向的純量分量。若要表示減速,請將加速度輸入為負值。