这个计算器能做什么
本工具用于计算物体自由落体一段时间后的下落距离和达到的速度,前提是物体在真空中(无空气阻力)从静止状态开始下落。它依据的是普适的经典力学规律,因此结果在任何地方都成立;你还可以修改重力加速度,用来模拟月球、火星等其他天体上的情形。
使用方法
输入物体开始下落后经过的时间 \(t\)(单位:秒)。重力加速度 \(g\) 已预填为标准重力值 9.80665 m/s²,你也可以将其替换为月球的约 1.62、火星的约 3.71,或当地的实际数值。计算器会返回下落距离 \(h\)(单位:米),以及下落速度 \(v\)(同时给出 m/s 和 km/h 两种单位)。
公式解析
对于从静止开始、做匀加速运动(加速度为 \(g\))的物体,运动学方程给出下落距离 \(h = \tfrac{1}{2}\,g\,t^{2}\),速度 \(v = g\,t\)。
$$ h = \tfrac{1}{2}\,g\,t^{2} \qquad v = g\,t $$若要把速度换算成 km/h,只需将 m/s 数值乘以 3.6(因为 3600 秒/小时 除以 1000 米/千米 正好等于 3.6)。
实例演算
取 \(t = 5\ \text{s}\)、\(g = 9.80665\ \text{m/s}^2\):
$$ h = 0.5 \times 9.80665 \times 25 = 122.583125\ \text{m} $$$$ v = 9.80665 \times 5 = 49.03325\ \text{m/s} $$换算后为 \(49.03325 \times 3.6 = 176.5197\ \text{km/h}\)。也就是说,下落 5 秒后,物体大约落了 122.58 m,速度约为 49 m/s(约 177 km/h)。
常见问题
计算结果考虑空气阻力吗?不考虑。本工具假设处于真空环境,因此现实中会受到阻力、并最终达到终端速度的物体,在较长时间内的实际下落速度和距离都会小于此处的预测值。
可以用于其他行星吗?可以。只要把 \(g\) 设为该天体的表面重力加速度即可,例如月球约 1.62 m/s²,火星约 3.71 m/s²。
如果时间为零会怎样?那么下落距离和速度都为零,这正好对应物体刚被释放的那一瞬间,结果是正确的。