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输入计算

数学公式

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结果

飞行时间(滞空时间)
5.9806
最大高度(相对抛出点) 34.4154 m
最高点距落地平面的高度 54.4154 m
水平距离(射程) 89.7092 m

这个计算器能做什么

本工具用于模拟从一定高度抛出(或低于落点抛出)的抛体运动,并忽略空气阻力。只要输入初速度、发射角、发射高度和重力加速度,它就能算出飞行时间、所能达到的最大高度,以及从抛出点到落地点的水平射程。这是一款通用的物理计算工具(不限国家或地区),内部统一采用国际单位制(SI)。

正负号约定

规定"向上"为正方向,并把坐标原点放在抛出点。落地平面位于 \(y = -h_0\) 处。因此,发射高度 \(h_0\) 为正时,表示物体落在抛出点下方(多了一段下落,飞行时间更长)。如果落地点比抛出点更高,则需将 \(h_0\) 输入为负值

从高度h0的平台以theta角度发射的抛体,展示到着陆平面的曲线轨迹
抛体从初始高度h0以角度θ和速度V0发射,落在较低的平面上。

使用方法

依次输入初速度 Vs(可选择 m/s 或 km/h)、发射角(0~90 度)、发射高度 \(h_0\)(单位:米),以及重力加速度 \(g\)(地球默认值为 \(9.80665 \ \text{m/s}^2\))。计算器会先把速度统一换算为 m/s,再分解成水平和竖直两个分量,最后求解竖直方向的方程,得到实际的落地时间。

计算公式

令 \(V_x = V_0 \cdot \cos\theta\)、\(V_y = V_0 \cdot \sin\theta\),求解方程 \(V_y \cdot t - \tfrac{1}{2} g \cdot t^2 = -h_0\),取较大的(即物理上有意义的)根:$$t = \frac{V_y + \sqrt{V_y^2 + 2g \cdot h_0}}{g}$$相对抛出点的最高点为 $$H = \frac{V_y^2}{2g}$$水平射程为 \(R = V_x \cdot t\)。如果根号内的值为负,说明物体永远到不了落地平面。

发射速度分解为水平分量和竖直分量
发射速度V0分解为水平分量(V0 cosθ)和竖直分量(V0 sinθ)。

实例演算

设 \(V_0 = 30 \ \text{m/s}\),\(\theta = 60°\),\(h_0 = 20 \ \text{m}\),\(g = 9.80665 \ \text{m/s}^2\)。则 \(V_y = 25.9808 \ \text{m/s}\),\(V_x = 15 \ \text{m/s}\)。判别式 \(= 675 + 392.266 = 1067.266\),开方 \(= 32.669\)。飞行时间 \(= \frac{25.9808 + 32.669}{9.80665} = 5.9806 \ \text{s}\)。最大高度 \(= \frac{675}{19.6133} = 34.415 \ \text{m}\)(相对抛出点),即离地面 \(54.415 \ \text{m}\)。水平射程 \(= 15 \times 5.9806 = 89.709 \ \text{m}\)。

常见问题

如果抛出点和落地点在同一水平面上怎么办? 把 \(h_0\) 设为 0,公式即简化为经典形式:\(t = \frac{2 V_0 \cdot \sin\theta}{g}\),\(R = \frac{V_0^2 \cdot \sin(2\theta)}{g}\)。

为什么会提示"无法到达"? 只有当 \(h_0\) 为负(即目标高于抛出点)、且竖直方向的初速度太小、爬不到那个平面时,才会出现这种情况。

计算时考虑空气阻力吗? 不考虑。本工具采用理想真空模型,非常适合教科书习题和快速估算。

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