合速度计算器
按大小和方向相加两个速度矢量,求出合速度大小、角度及直角坐标分量。
速度矢量相加
以米每秒输入各速度大小,角度从 x 轴正方向逆时针测量。
关于合速度
速度是矢量,既描述物体运动的快慢,也描述运动方向。当两种运动同时作用时,通常不能像普通数字一样直接相加它们的速率,而必须逐个分量合成。本计算器将两个以大小和角度表示的矢量转换成水平与竖直分量,分别相加,再将结果转换回大小和方向。
角度从水平轴正方向开始逆时针测量。零度向右,九十度向上,一百八十度向左,负九十度向下。每个矢量的水平分量等于大小乘以角度的余弦,竖直分量等于大小乘以角度的正弦。合速度各分量为对应输入分量之和。合速度大小由勾股定理求出,方向通过双参数反正切函数计算,以保留正确象限。
矢量相加是相对运动的核心。船相对于水的速度与河流流速合成,得到船相对于地面的速度。飞机的空速与风速合成,确定地速和航迹方向。人在行驶车辆内步行时,既有相对于车辆的速度,也有相对于地面的速度。相同方法也适用于位移、加速度、力及其他二维矢量,尽管本计算器以米每秒标注结果。
符号和方向非常重要。两个大小相等、方向相同的矢量会使速度大小加倍;大小相等、方向相反的矢量则会抵消。互相垂直的矢量可通过分量平方和求大小,例如常见的三四五直角三角形。由于正弦和余弦具有周期性,角度可以超过三百六十度或为负值,不过将最终方向表示在常用范围内通常更便于理解。
本计算器假设两个速度采用相同的参考系、单位和坐标轴。它使用普通的伽利略矢量相加,适用于速度远低于光速的日常力学问题。相对论速度合成需要不同公式。本工具还将矢量视为二维,不包含所显示 y 轴之外的第三维或 z 分量。使用结果前,请确认题目中的方向约定,将所有速率换算为米每秒,并区分数学角度与通常从正北顺时针测量的导航方位角。
合速度示例
| 输入矢量 | 合速度 | 说明 |
|---|---|---|
| 3 m/s,0 度;4 m/s,90 度 | 5 m/s,53.130 度 | 互相垂直的三四五分量关系。 |
| 10 m/s,0 度;4 m/s,180 度 | 6 m/s,0 度 | 共线且方向相反的运动。 |
| 5 m/s,30 度;5 m/s,150 度 | 5 m/s,90 度 | 水平分量相互抵消。 |
如何相加速度矢量
- 输入第一个速度的大小及其相对于 x 轴正方向的角度。
- 使用相同单位和角度约定输入第二个速度的大小及角度。
- 选择“相加速度矢量”。
- 查看合速度大小、方向及各分量。
合速度常见问题
两个速度可以直接相加吗?
只有当它们沿同一轴线,并以正负号表示方向时,才可以直接相加。一般情况下,应先分解为分量再相加。
本计算器采用什么角度约定?
角度从水平轴正方向开始,沿逆时针方向增大。这是标准数学约定,但与罗盘方位角不同。
合速度可以为零吗?
可以。两个大小相等、方向完全相反的速度会抵消,此时合速度的两个分量及大小均为零。
这个方法除了速度还适用于其他量吗?
适用。同样的分量法可相加任意二维矢量,例如力或位移。请正确理解单位和物理意义。
这是相对论速度叠加吗?
不是。本工具采用适用于普通力学速度的经典矢量相加。接近光速的运动需要狭义相对论及与参考系有关的合成公式。