这个计算器能做什么
本工具用于求解经典的匀加速(匀变速)运动问题。物体在经过时间 \(t\) 内,从初速度 \(v_0\) 匀速地加速或减速到末速度 \(v\)。只要输入这三个数值,工具就能算出恒定的加速度 \(a\) 以及物体行驶的距离 \(d\)。这套物理定律全球通用,因此计算结果在任何地区都适用,不涉及任何地域性假设。
使用方法
先填入经过时间 \(t\)(单位:秒),再选择一个适用于两个速度的统一速度单位(km/h、m/min 或 m/s),然后输入初速度 \(v_0\) 和末速度 \(v\)。如果物体在加速,则 \(v\) 大于 \(v_0\),加速度为正值;如果物体在减速,则 \(v\) 小于 \(v_0\),加速度为负值(即减速),这种情况完全合理。
公式详解
计算时首先把两个速度都换算成国际单位制(m/s)。km/h 的换算系数为 \(1000/3600 = 0.2778\),m/min 为 \(1/60\),m/s 为 \(1\)。然后用
$$a = \frac{v - v_0}{t}$$求出加速度,单位为 m/s²。同一数值还可以乘以 \(3.6\) 表示为每秒变化多少 km/h,或除以标准重力加速度 \(1\,g = 9.80665\ \text{m/s}^2\) 表示为 \(g\) 的倍数。距离则采用平均速度法则:
$$d = \frac{v_0 + v}{2} \times t$$对于匀加速运动,这与
$$d = v_0 \cdot t + \tfrac{1}{2} \cdot a \cdot t^2$$完全等价。
实例演算
设 \(t = 5\ \text{s}\),\(v_0 = 0\ \text{km/h}\),\(v = 20\ \text{km/h}\)。换算后
$$v = 20 \times 0.2778 = 5.556\ \text{m/s}$$于是
$$a = \frac{5.556 - 0}{5} = 1.111\ \text{m/s}^2$$相当于每秒 \(4.0\) km/h,即 \(0.1133\,g\)。行驶距离
$$d = \frac{0 + 5.556}{2} \times 5 = 13.889\ \text{m}$$约合 \(0.0139\) km。
常见问题
为什么 \(t = 0\) 会报错?加速度的计算需要用速度变化量除以时间,因此当经过时间为零时,加速度在数学上没有定义。
加速度可以是负值吗?可以。如果末速度低于初速度,说明物体正在减速,结果就为负值。
"以 g 表示"的结果是什么意思?它表示加速度相对于标准重力加速度(\(1\,g = 9.80665\ \text{m/s}^2\))的比值,便于与我们在地球上感受到的重力大小作对比。