什么是冲量公式?
冲量用来衡量一个力在一段时间内作用所产生的总效果。根据冲量定理(动量定理),冲量等于物体动量的变化量。其核心关系式为 \(J = F\cdot t\),其中 F 为作用力,t 为时间间隔,J 为冲量。在国际单位制(SI)中,力的单位是牛顿(N),时间的单位是秒(s),冲量的单位是牛顿·秒(\(\text{N}\cdot\text{s}\))——它在量纲上与千克·米每秒(\(\text{kg}\cdot\text{m/s}\))完全一致。
如何使用本计算器
首先选择你要求解的量:冲量、作用力还是时间。接着输入另外两个已知量,并选择各自的单位。本工具会把所有输入统一换算为 SI 基本单位,套用 \(J = F\cdot t\) 对应的变形公式进行计算,并以结果的 SI 基本单位给出答案。有效数字可以保持"自动"以显示完整精度,也可以指定固定的有效数字位数对显示值进行四舍五入。输入框支持科学计数法,例如 3.45e22。
公式详解
由 \(J = F\cdot t\) 可以直接推导出三种形式。求冲量时,用力乘以时间:
$$J = \text{Force (F)} \cdot \text{Time (t)}$$求力时,用冲量除以时间,此时时间不能为零:
$$F = \frac{\text{Impulse (J)}}{\text{Time (t)}}$$求时间时,用冲量除以力,此时力不能为零:
$$t = \frac{\text{Impulse (J)}}{\text{Force (F)}}$$本计算器对这两种除法情形都做了校验,若除数为零会给出明确的错误提示。
计算实例
一个 20 N 的恒力推动小车持续 5 s。其冲量为 $$J = F\cdot t = 20 \times 5 = 100\ \text{N}\cdot\text{s}$$ 相当于使小车的动量变化了 100 kg·m/s。反过来,如果已知冲量 \(J = 100\ \text{N}\cdot\text{s}\) 在 2 分钟(即 120 s)内作用,那么对应的力为 $$F = 100 / 120 = 0.8333\ \text{N}$$
常见问题
为什么 N·s 和 kg·m/s 是相同的? 因为 \(1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m/s}^2\),再乘以秒就得到 \(\text{kg}\cdot\text{m/s}\)。两者都用来描述冲量和动量。
可以使用英制单位吗? 可以。力支持磅力、千磅力、盎司力和磅达;冲量支持磅力·秒和磅·英尺每秒;所有单位在内部都会换算为 SI 单位。
这是否假设力为恒力? \(J = F\cdot t\) 对恒力严格成立。对于随时间变化的力,F 代表该时间段内的平均力。