拋體運動(斜拋運動)模擬器

輸入初速度、發射角、初始高度和重力加速度,即可計算並繪製忽略空氣阻力時拋體運動的軌跡、射程和最大高度。除地球外,還可嘗試月球、火星、木星的重力。

各天體的重力加速度

天體 重力加速度
地球 9.8 m/s²
月球 1.62 m/s²
火星 3.71 m/s²
木星 24.79 m/s²

小貼士

  • 本工具按忽略空氣阻力的理想情況計算。實際的球或子彈會受到空氣阻力影響,實際射程會比計算結果短。
  • 在初速度和重力加速度相同的條件下,發射角為45度時水平射程最大(發射高度為0時)。
  • 將重力加速度切換為"月球"或"火星",可以看到即使初速度和發射角相同,射程和滯空時間也會發生顯著變化。
  • 發射角為0度(水平丟擲)適用於模擬從高處水平丟擲物體的情形。

常見問題

從與地面同高處發射時,射程可表示為"初速度的平方×sin(2×發射角)÷重力加速度"。由於sin(2×發射角)在發射角為45度(2×45=90度)時取得最大值1,因此該角度下射程最大。

存在空氣阻力時,物體的軌跡會偏離對稱的拋物線,射程也會比本工具的計算值更短。速度越快、物體截面積相對質量越大,空氣阻力的影響就越顯著。

地球的重力加速度採用地表附近的標準值(約9.8 m/s²)。月球、火星、木星的數值則採用根據各天體質量和半徑推算得出的公開資料。

發射角為90度(正上方)時,水平方向的速度分量為0,因此水平射程為0,物體會垂直上升後落回原地。
ツールくん

閒話 ― 伽利略發現的"拋物線"

17世紀的伽利略·伽利雷首次以數學方式證明了斜拋物體的運動軌跡是拋物線(與二次函式影像形狀相同)。在此之前,基於亞里士多德自然學的觀點,人們憑直覺認為被丟擲的物體會"先直線前進,然後突然下落",並沒有將水平方向運動和豎直方向運動分開考慮的思路。

伽利略的貢獻在於引入了"運動合成"的思想:水平方向不受力,因此做勻速直線運動;豎直方向受重力作用,因此做勻加速運動。通過同時考慮這兩種獨立的運動,他從幾何上推匯出軌跡必然是拋物線,這也成為後來牛頓力學中"力與運動分解"思想的先驅。

如今,這種拋體運動的思路被廣泛應用於從火炮彈道計算、火箭發射軌道到體育運動中球類軌跡分析等各個領域。尤其是火箭軌道計算,還需要考慮空氣阻力、地球自轉(科里奧利力)以及燃料消耗導致的質量變化等更為複雜的因素。