这个计算器能做什么
本工具用于求解一维匀加速运动问题,也就是加速度恒定不变的运动。涉及的五个物理量分别是:初速度(\(u\))、末速度(\(v\))、位移(\(s\))、加速度(\(a\))和时间(\(t\))。在物理中它们常被称为 SUVAT 变量。只要你已知其中任意三个,剩下两个就被完全确定。本计算器会自动求解这两个未知量,并清晰展示所用到的运动学公式。
五个运动学(SUVAT)公式
所有匀加速运动都可以由以下五个公式描述:
(1) $$v = u + a\cdot t$$
(2) $$s = u\cdot t + \tfrac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}$$
(3) $$s = \tfrac{1}{2}\cdot(u + v)\cdot t$$
(4) $$v^{2} = u^{2} + 2\cdot a\cdot s$$
(5) $$s = v\cdot t - \tfrac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}$$
公式 (3) 其实就是平均速度乘以时间。无论你输入的是哪三个量,计算器都会自动从这些公式中挑选出正确的组合来求解。
使用方法
先从下拉菜单中选择一种计算方式——它会告诉你需要输入哪三个值、将会求出哪两个值。输入你已知的三个数值,并为每个值选好单位(m/s、km/h、节、英尺、英里、秒等),还可以根据需要设置有效数字位数。系统会先把所有输入统一换算为国际单位制基本单位(m/s、m、m/s²、s),完成计算后,再把每个结果换算回你所选择的单位。
例题演示
已知 \(u = 5\) m/s,\(v = 25\) m/s,\(s = 100\) m,求 \(a\) 和 \(t\)。由公式 (4):$$a = \frac{v^{2} - u^{2}}{2s} = \frac{625 - 25}{200} = \textbf{3 m/s}^{2}.$$ 由公式 (3):$$t = \frac{2s}{u + v} = \frac{200}{30} = \textbf{6.667 s}.$$ 验算:\(v = u + a\cdot t = 5 + 3\times 6.667 = 25\) m/s ✓。
常见问题
“无解”是什么意思? 有些组合在物理上不可能成立,或者根本没有定义——例如出现负数的平方根、速度发生变化时加速度却为零(除以零),或者需要时间却时间为零等情况。遇到这些情况,计算器会如实提示,而不会给出毫无意义的结果。
可以输入负数吗? 可以。负值表示反方向运动或减速,公式依然成立。
用的是平方根的哪一支? 对于通过 \(v^{2} = u^{2} + 2as\) 求速度的模式,计算器按照物理学的通常约定,返回非负(主值)平方根。