位移計算器
根據初速度、末速度與經過時間計算直線位移。
計算位移
適用於等加速度運動;速度以公尺每秒輸入,時間以秒輸入。
關於位移
位移衡量物體從起點到終點的位置變化。與移動的總路程不同,位移包含方向,因此可以為正、為負或為零。本計算器利用初速度、末速度與經過時間,求出加速度固定時的一維位移。先計算初速度與末速度的平均值,再將平均速度乘以時間。關係式為s = ((u + v) / 2) × t,其中s是位移,u是初速度,v是末速度,t是經過時間。
等加速度條件很重要,因為速度必須在選定時段內呈線性變化,兩端速度的算術平均值才會等於真正的平均速度。地表附近的自由落體、以固定加速度加速的車輛,或均勻煞車減速的物體,通常可採用這種模型。若加速度變化明顯,請將運動分為較短時段,或對速度隨時間積分。所有速度都須採用相同的正負方向約定。例如,規定向右為正,向左運動就使用負速度。
位移不一定等於路程。運動員向東跑100公尺,再向西跑100公尺,總路程是200公尺,但終點與起點相同,因此位移為零。同樣地,負結果不代表長度無效,而是表示終點位於指定的負方向。位移大小代表直線位置變化,符號則表示沿所選座標軸的方向。
請一致使用國際單位制:初末速度都用公尺每秒,時間用秒,所得位移就是公尺。若速度以公里每小時表示,請先除以3.6轉換為公尺每秒。本計算器適合基礎運動學、核對運動題目、估算煞車行程及解讀速度—時間圖。真實運動可能包含變加速度、反應時間、滾動阻力、坡度與多維運動,因此工程或安全決策應採實測資料及符合完整情境的模型。
位移範例
| 運動資料 | 位移 | 情境 |
|---|---|---|
| 5 s內由10變為20 m/s | 75 m | 等加速度加速 |
| 4 s內由30變為10 m/s | 80 m | 等加速度減速 |
| 6 s內由-5變為5 m/s | 0 m | 運動方向反轉 |
如何計算位移
- 選定正方向,輸入帶有正確正負號的初速度。
- 依相同單位與方向約定輸入末速度。
- 輸入經過時間,單位為秒。
- 選取「計算位移」,依結果正負號判讀方向。
常見問題
這個位移計算器使用什麼公式?
位移等於初速度與末速度的平均值乘以時間。此公式假設整個時段內加速度維持固定。
位移與路程有何不同?
路程是整條移動路徑的總長度,不能為負。位移只比較終點與起點的位置,並包含方向。
位移可以是負的嗎?
可以。負位移表示終點位於選定的負方向,不代表計算或長度在物理上無效。
加速度不固定時怎麼辦?
此時兩端速度平均值公式可能不準確。請使用較短時段、速度—時間圖或積分,處理速度的變化。
可以輸入公里每小時的速度嗎?
欄位要求公尺每秒,請先轉換兩個速度。將公里每小時的數值除以3.6,即可得到公尺每秒。