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输入计算

数学公式

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结果

合速度大小
5
单位/秒
方向(θ) 53.13°
x 分量(vx) 3
y 分量(vy) 4

什么是合速度计算器?

当一个物体同时具有两个相互垂直的速度分量——一个沿 x 轴方向,一个沿 y 轴方向——它的真实运动状态就由合速度来描述。本计算器会把水平分量(vx)和竖直分量(vy)合成为一个速度矢量,同时给出它的大小(速度有多快)和方向(朝哪个方向,以与 x 轴正方向的夹角表示)。

使用方法

输入速度的 x 分量和 y 分量,单位可任意选择,只要两者保持一致即可(m/s、km/h、ft/s 等)。计算器会以相同单位输出合速度的大小,并以角度(度)给出方向。角度为正表示从 x 轴正方向起逆时针旋转;角度为负表示顺时针旋转(位于 x 轴下方)。

公式详解

两个分量正好构成一个直角三角形的两条直角边,因此合速度的大小可由勾股定理求得:

$$|\vec{v}| = \sqrt{\text{vx}^{2} + \text{vy}^{2}}$$

方向则由双参数反正切函数得到:

$$\theta = \operatorname{atan2}(\text{vy}, \text{vx})$$

它能够正确判断矢量所在的象限,而普通的 \(\arctan(\text{vy}/\text{vx})\) 做不到这一点。

显示 vx、vy 分量及角度 theta 处合速度 v 的矢量三角形
合速度 v 是由分量 vx 和 vy 构成的直角三角形的斜边,角度为 theta。

计算实例

假设 \(\text{vx} = 3 \ \text{m/s}\),\(\text{vy} = 4 \ \text{m/s}\)。合速度大小为

$$\sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5 \ \text{m/s}$$

方向为 \(\operatorname{atan2}(4, 3) \approx 53.13°\)。也就是说,物体以 5 m/s 的速度沿与 x 轴约成 53° 的方向运动。

常见问题

应该使用什么单位?任何单位都可以,只要两个分量使用相同的单位,计算结果也会采用该单位。

为什么用 atan2 而不是 arctan?atan2 会同时利用两个分量的正负号,从而在完整的 −180° 到 +180° 范围内返回正确的角度,覆盖全部四个象限。

可以输入负值吗?可以。vx 或 vy 为负,只是表示该分量指向坐标轴的负方向,所得角度也会相应地反映这一点。

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