合速度計算器
依大小和方向相加兩個速度向量,求出合速度大小、角度與直角座標分量。
速度向量相加
以公尺每秒輸入各速度大小,角度從 x 軸正方向逆時針量測。
關於合速度
速度是向量,同時描述物體運動的快慢與方向。當兩種運動同時作用時,通常不能像一般數字一樣直接相加速率,而必須分別合成各分量。本計算器將兩個以大小和角度表示的向量轉換成水平與垂直分量,相加後再將結果轉回大小和方向。
角度從水平軸正方向開始逆時針量測。零度向右,九十度向上,一百八十度向左,負九十度向下。各向量的水平分量等於大小乘以角度的餘弦,垂直分量等於大小乘以角度的正弦。合速度分量為對應輸入分量的總和。大小由畢氏定理求出,方向則使用雙引數反正切函數計算,以保留正確象限。
向量相加是相對運動的核心。船相對於水的速度與河流流速合成,可得到船相對於地面的速度。飛機的空速與風速合成,可確定地速與航跡方向。在行駛車輛內步行的人,同時具有相對於車輛及相對於地面的速度。相同方法也適用於位移、加速度、力和其他二維向量,雖然本計算器以公尺每秒標示結果。
正負號與方向相當重要。兩個大小相等、方向相同的向量會使速度大小加倍;大小相等、方向相反的向量則會抵銷。互相垂直的向量可由分量平方和求大小,例如常見的三四五直角三角形。由於正弦和餘弦具有週期性,角度可以超過三百六十度或為負值,不過將最後的方向表示於慣用範圍內通常較容易理解。
本計算器假設兩個速度使用相同的參考系、單位與座標軸。它採用一般的伽利略向量相加,適合速度遠低於光速的日常力學問題。相對論速度合成需要不同公式。本工具亦將向量視為二維,不包含所顯示 y 軸之外的第三維或 z 分量。使用結果前,請確認題目的方向約定,將所有速率換算為公尺每秒,並區分數學角度與通常由正北順時針量測的導航方位角。
合速度範例
| 輸入向量 | 合速度 | 說明 |
|---|---|---|
| 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關係。 |
| 10 m/s,0 度;4 m/s,180 度 | 6 m/s,0 度 | 共線且方向相反的運動。 |
| 5 m/s,30 度;5 m/s,150 度 | 5 m/s,90 度 | 水平分量互相抵銷。 |
如何相加速度向量
- 輸入第一個速度的大小,以及相對於 x 軸正方向的角度。
- 使用相同單位與角度約定,輸入第二個速度的大小及角度。
- 選擇「相加速度向量」。
- 查看合速度大小、方向與分量值。
合速度常見問題
兩個速度可以直接相加嗎?
只有沿著同一軸線,且以正負號表示方向時,才能直接相加。一般情況下,應先分解成分量再相加。
本計算器採用什麼角度約定?
角度從水平軸正方向開始,沿逆時針方向增加。這是標準數學約定,但與羅盤方位角不同。
合速度可以為零嗎?
可以。兩個大小相等、方向完全相反的速度會抵銷,此時合速度的兩個分量與大小皆為零。
這個方法也適用於速度以外的量嗎?
適用。相同的分量法可以相加任何二維向量,例如力或位移。請依情境正確解讀單位與物理意義。
這是相對論速度合成嗎?
不是。本工具採用適合一般力學速度的古典向量相加。接近光速的運動需要狹義相對論,以及與參考系相關的合成公式。