先備知識由加速度推導速度與位置

平面運動與拋物線

從同一高度將一顆球水平拋出,另一顆球則輕輕放開。將運動分成水平與鉛直兩個方向,探討兩球落地所需的時間。

高さ⁠4.9 m⁠から一方を横に投げ、他方を同時に放す。先に床に着くのは?

用公式解釋現象

  1. 1以箭頭表示位置r=⁠(x, y)……
  2. 2由位置的變化求速度v=⁠drdt=⁠(dxdt, dydt)……
  3. 3由速度的變化求加速度a=⁠dvdt=⁠(dvxdt, dvydt)……
  4. 4將運動方程式分成水平與鉛直分量m dvxdt = 0⁠,m dvydt = −mg……
  5. 5求水平拋出球的速度vx = v₀⁠,vy = −g t……
  6. 6求水平拋出球的位置x = v₀ t⁠,y = h − ½ g t²……
  7. 7求水平拋射的落地時刻t=⁠√(2hg)……
  8. 接著探討有空氣阻力與斜向拋出的情況。
  9. 8加入空氣阻力m dvdt=⁠m (0, −g)−⁠k |v| v……
  10. 9將阻力分成水平與鉛直分量m dvydt=⁠−m g−⁠k √(vx² + vy²) vy……
  11. 10忽略空氣阻力,求斜向拋出球的位置x = v₀ cosθ t⁠,y = v₀ sinθ t − ½ g t²……
  12. 11消去時間t⁠,求軌跡方程式y=⁠tanθ x−⁠g x²2 v₀² cos²θ……
  13. 12求回到相同高度時的水平距離R=⁠v₀² sin2θg……
  14. 13求有空氣阻力時飛得最遠的角度θ最遠≒⁠39.0°<⁠45°……