第一節 斜拋運動的概念
拋體運動模擬程式

本節會討論以任意角度拋擲的運動。如顯示一名射手以投射角 (angle of projection) \(\theta =30{}^\circ \) 把足球踢出。足球的初速度 \({{v}_{0}}\) 等於 \(20 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-1}}\)。


考慮足球相當於模擬程式中的砲彈,我們可以模擬的運動,足球的軌跡和位移會如所示。


足球射手把足球踢出,令足球進行斜拋運動

上方活動的結論為:分析運動時,物體的水平和垂直運動可以分開考慮


設向上為正、\({{v}_{0}}\) 為物體的初速度(沿水平方向),一個與水平方向成 \(\theta \) 的斜拋體,其水平和垂直方向的速度和位移分別是:

\({{v}_{x}}={{v}_{0}}\cos \theta \)
\({{v}_{y}}={{v}_{0}}\sin \theta -g\ t\)


\(\displaystyle{{{s}_{x}}={{v}_{0}}t\cos \theta }\)
\(\displaystyle{{{s}_{y}}={{v}_{0}}t\sin \theta -\frac{1}{2}g\ {{t}^{2}}}\)                              

中的足球被踢出後,其軌距、位移,以及每經過 \(0.2 \text{ s}\) 後的位置。把鼠標懸停在快照圖的紅點上可觀看時間、在軌跡圖上拖放紅點可觀看位移。
例子

一個籃球以 \(10 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-1}}\) 的初速度被拋擲,投射角為 \(60{}^\circ \)()。籃球會經過多久後達至 (a) \(3.0 \text{ m}\) 的水平移動距離;(b) 起始位置以上 \(2.0 \text{ m}\) 高?

 

【題解】

你可根據下方指示,先在模擬程式中設定的情境,演示籃球的運動:

設籃球起初位於原點,應用勻加速運動方程。當位移的水平分量等於 \(3.0 \text{ m}\):

\(\begin{align}{{s}_{x}} &= {{v}_{0}}t\cos \theta \\ 3\ \text{m} &= \left( 10\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-1}} \right)t\cos 60{}^\circ \\ t &= 0.6\ \text{s}\end{align}\)

當位移的垂直分量等於 \(2.0 \text{ m}\):

\(\begin{align}{{s}_{y}} &= {{v}_{0}}t\sin \theta -\frac{1}{2}g\ {{t}^{2}} \\ 2\ \text{m} &= \left( 10\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-1}} \right)t\sin {{60}^{{}^\circ }}-\frac{1}{2}\left( 10\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-1}} \right){{t}^{2}} \\ t &= 1.46\ \text{s} \ \ \ \text{或} \ \ \ 0.27\ \text{ s}\end{align}\)
                                              注意

一個被拋擲的籃球
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