勻加速直線運動計算器(速度與位移)

根據初速度、加速度和經過時間,計算勻加速直線運動中的最終速度和位移(移動距離)。

什麼是等加速度直線運動

等加速度直線運動是**沿一直線以恆定加速度進行的運動**。因加速度不變,只要初速度 v0、加速度 a 與經過時間 t 三者確定,該時刻的速度與位置便可各以一式求得。本工具以 **v = v0 + at** 求最終速度,以 **x = v0t + (1/2)at²** 求位移。單位為 m/s・m/s²・秒的SI固定值。

**位移 x 並非「所行距離」,而是「含方向的位置變化」。**如向上拋出的球那般中途改變方向的運動,往返之數彼此抵銷,故位移的大小將小於實際所行的路程。初速度與加速度可填正、負、0,惟**經過時間以0以上為限。**欲知過往時刻,請將測得初速度的瞬間重新取為 t=0。

等加速度直線運動計算器的使用方式

  1. 填入初速度 以 m/s 填入起始速度。自靜止開始者為0。
  2. 填入加速度 以 m/s² 填入。**欲令其減速時請填負值**(如制動即填 a = -3)。
  3. 填入經過時間 以秒填入欲知幾秒後的狀態。不接受負值。
  4. 讀取速度與位移 將得出該時刻的最終速度與位移。位移為負,即意味相對初速度方向而處於反側。
  5. 應用於自由落體 於加速度填入重力加速度(約9.8 m/s²),即可求得落下開始後的速度與落下距離。

用好本工具的小技巧

  • 若要計算減速運動,請為加速度(a)輸入負值(例如剎車減速時可輸入 a = -3)。
  • 位移(x)表示包含方向的位置變化,而非移動的距離。當加速度與初速度方向相反時,在往返運動中位移甚至可能變為負值。
  • 本工具也可用於自由落體計算。將加速度設為重力加速度(約9.8 m/s²),即可求出下落開始後任意時刻的速度和下落距離。
  • 經過時間(t)只能輸入0或正值。如需求解某一基準時刻之前的情況,請以初速度所在時刻為新的起點(t=0)重新計算。

等加速度直線運動計算器派上用場的情境

物理作業與考試準備

可用以練習將數值代入兩式,適於核對手算之答案。

估計制動距離時

初速度填行駛速度、加速度填負的減速度,即可得停止前所行距離的概估。

確認自由落體的時間與速度時

將加速度設為9.8 m/s²,即可知幾秒後落下多少、速度幾何。

體會公式含義時

時間加倍而位移約成四倍(t² 項起作用),此類關係可邊改數值邊行確認。

欲一併查看斜向運動或力的關係時

斜拋可看拋物運動計算;功與能可看功與動能計算;摩擦的影響可看摩擦力計算

與等加速度直線運動相關的用語

等加速度直線運動
指沿一直線以恆定加速度進行的運動。自由落體、以恆力持續制動之車輛減速,皆為代表之例。
初速度(v0)
指開始觀測之瞬間(t=0)的速度。本工具以 m/s 填入,正、負、0 皆可處理。
加速度(a)
指單位時間內速度的變化。負值意味有與初速度反向之力作用,物體因而減速。
位移(x)
指含方向的位置變化。與路程(實際所行長度)為不同之物,往返之運動中將小於路程。
重力加速度
指物體於地表附近所受約9.8 m/s²之加速度。自由落體可作以此為加速度的等加速度直線運動處理。
路程
指實際所行長度之合計。因不問方向而累加,故恆大於或等於位移之大小。

常見問題

勻加速直線運動是指物體沿一條直線以恆定加速度運動的現象。典型例子包括自由落體,以及以恆定力持續剎車減速的汽車。

最終速度公式 v = v0 + at 直接來自加速度的定義(速度的變化率)。位移公式 x = v0t + (1/2)at² 則通過對速度關於時間積分得到,表示初速度產生的位移與加速度帶來的額外位移之和。

加速度為負值意味著存在與初速度方向相反的力,使物體減速(當初速度為正時)。剎車中的汽車,或向上丟擲後因重力而減速的球都屬於這種情況。

可以。自由落體可視為初速度為0(或任意值)、加速度設為重力加速度(約9.8 m/s²,以向下為正方向)的一種勻加速直線運動,按同樣方法計算即可。
工具君

閒話 ― 伽利略揭示的"落體定律"

勻加速直線運動這一概念的基礎,通常認為是由17世紀義大利科學家伽利略·伽利萊奠定的。在他之前,人們長期相信亞里士多德的觀點,即"物體越重下落越快"。伽利略通過反覆進行讓球體沿斜面滾動的實驗,證明了物體下落的速度與質量無關,而是隨經過時間成正比地勻速增加。

由於當時還沒有精確計時的時鐘,據說伽利略是利用自己的脈搏和水鍾來測量時間的。由於快速下落難以準確測量,他巧妙地通過減緩斜面坡度來放慢運動速度以便觀察,這種做法也被視為實驗科學的先驅之舉而備受推崇。

這種勻加速運動的思想後來發展為艾薩克·牛頓的運動方程(F=ma),成為經典力學的基礎。時至今日,勻加速運動的公式仍被廣泛應用於汽車制動距離計算、火箭發射軌道設計等眾多工程領域。