什么是平抛运动?
平抛运动指的是物体从某一高度以纯水平方向抛出后,仅在重力作用下自由下落的运动过程。这种运动可以清晰地拆分为两个互不影响的部分:水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。由于抛出瞬间没有竖直方向的初速度,物体在空中停留的时间只取决于下落高度和重力加速度,而与抛出速度的大小无关。
如何使用本计算器
依次输入抛出高度(物体竖直下落的距离)、初始水平速度,以及重力加速度(地球上为 9.81 m/s²,你也可以改成月球或其他星球的数值)。计算器将自动给出飞行时间、水平射程、落地时的竖直速度,以及落地时的合速度。
公式详解
由于竖直方向是从静止开始下落的,下落时间为 $$t = \sqrt{\dfrac{2\,\text{Height}}{\text{g}}}$$ 水平方向因速度保持不变(忽略空气阻力),所以水平射程为 $$R = \text{Velocity} \cdot t$$ 落地时的竖直速度为 \(v_y = \text{g} \cdot t\),而落地时的总速度则由水平与竖直两个分量合成:$$v_f = \sqrt{\text{Velocity}^{2} + \left(\text{g} \cdot t\right)^{2}}$$
实例演算
一个小球从 20 m 高的悬崖上以 10 m/s 的速度水平抛出(g = 9.81 m/s²)。飞行时间:$$t = \sqrt{2 \times 20 / 9.81} = \sqrt{4.077} \approx 2.019 \text{ s}$$ 水平射程:$$R = 10 \times 2.019 \approx 20.19 \text{ m}$$ 落地时的竖直速度:$$v_y = 9.81 \times 2.019 \approx 19.81 \text{ m/s}$$ 落地时的合速度:$$\sqrt{10^{2} + 19.81^{2}} \approx 22.19 \text{ m/s}$$
常见问题
水平速度会影响下落时间吗?不会。在理想的平抛运动中,落地所需时间只与高度和重力加速度有关;抛得越快,只是水平方向飞得越远而已。
计算中考虑空气阻力吗?没有。本计算器假设处于真空环境(无阻力),对于密度大、速度慢且飞行距离短的物体来说,这是一个相当不错的近似。
可以用于其他星球吗?可以——只需修改重力加速度的数值即可(例如月球为 1.62,火星为 3.71)。