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输入计算

数学公式

Show calculation steps (2)
  1. Rotational Speed (rev/s)

    Rotational Speed (rev/s): 由离心力求转速(角速度与切向速度)

    Convert angular velocity to revolutions per second.

  2. Tangential Velocity (m/s)

    Tangential Velocity (m/s): 由离心力求转速(角速度与切向速度)

    Tangential speed v = omega r.

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结果

Rotational speed ω
0.3183098862
rps(每秒转数)
Angular velocity ω 2 rad/s
切向速度 v 4 m/s
切向速度 v 14.4 km/h

这个计算器能做什么

本工具用于计算物体要产生指定的离心力(向心力),需要以多快的速度旋转。只需输入物体的质量、旋转半径和离心力,即可得到以每秒转数(rps)和角速度(rad/s)表示的转速,以及以 m/s 和 km/h 表示的切向(线)速度。这是一款通用的物理计算工具,在任何地区都适用。

物理原理与公式

对于质量为 m、沿半径 r 的圆周运动的物体,其向心力与离心力大小相等:

$$F = m \cdot \omega^2 \cdot r = \frac{m \cdot v^2}{r}$$

其中 \(\omega\) 为角速度(单位 rad/s),\(v = \omega \cdot r\) 为切向速度。解出 \(\omega\) 即得

$$\omega = \sqrt{\frac{\text{Force }F}{\text{Mass }m \cdot \text{Radius }r}}$$

切向速度为

$$v = \omega \cdot r = \sqrt{\frac{\text{Force }F \cdot \text{Radius }r}{\text{Mass }m}}$$

将 \(\omega\) 除以 \(2\pi\) 即可换算为每秒转数;将 m/s 乘以 3.6 即可换算为 km/h。

质量沿半径旋转的示意图,显示离心力、半径、角速度和切向速度
离心力F向外作用于以角速度ω和切向速度v在半径r处旋转的质量m。

使用方法

输入质量并选择单位(kg 或 g),输入半径并选择单位(m、cm 或 mm),再输入以牛顿(N)或千克力(kgf,其中 \(1\ \text{kgf} = 9.80665\ \text{N}\))表示的离心力。计算前所有数值都会先换算为国际单位制(SI),因此你可以自由混用不同单位。质量和半径必须为正数,力必须为非负数。

计算实例

设 \(m = 1\ \text{kg}\),\(r = 2\ \text{m}\),\(F = 8\ \text{N}\):

$$\omega = \sqrt{\frac{8}{1 \cdot 2}} = \sqrt{4} = 2\ \text{rad/s}$$

换算成转数为

$$\frac{2}{2\pi} \approx 0.31831\ \text{rps}$$

切向速度

$$v = 2 \cdot 2 = 4\ \text{m/s}$$

相当于 \(4 \times 3.6 = 14.4\ \text{km/h}\)。

常见问题

rps 和 rad/s 有什么区别? 一整圈等于 \(2\pi\) 弧度,因此 \(\text{rps} = (\text{rad/s}) / 2\pi\)。二者只是用不同单位描述同一旋转。

为什么质量出现在分母中? 较重的物体产生相同的力所需的速度更小,所以在 \(F\) 和 \(r\) 固定的情况下,质量越大,\(\omega\) 越小。

什么是 kgf(千克力)? 千克力是 1 千克物体在标准重力下所受的力,精确等于 \(9.80665\ \text{N}\)。

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