相對速度:要看是誰在問
在一列以 15 m/s 經過月台的火車上以 1 m/s 向前走,月台上的人看到你以 16 m/s 前進。在不同參考系中量到的速度並不相同,而相對速度就是它們之間的換算規則:你相對於地面的速度,等於你相對於火車的速度,加上火車相對於地面的速度。
A 相對於 C 的速度,等於 A 相對於 B 加上 B 相對於 C。相鄰的內側下標相同而「抵消」,是個方便的檢查訣竅。這些是向量相加,方向很重要。
一道完整的拋體問題
我們在地球上(g = 9.8\text{ m/s}^2)以 v_0 = 20\text{ m/s}、\theta = 30° 發射拋體,落回發射高度,求它的射程。先算分量:v_{0x} = 20\cos30° \approx 17.3\text{ m/s}、v_{0y} = 20\sin30° = 10\text{ m/s}。飛行時間為 T = 2v_{0y}/g = 20/9.8 \approx 2.04\text{ s},射程為 R = v_{0x}\,T \approx 17.3 \times 2.04 \approx 35.3\text{ m}——與 R = v_0^2\sin2\theta/g 相符。用下面的互動元件驗證:發射角 60° 會給出相同射程,而 45° 勝過兩者。
一套永遠管用的策略
接下來通往哪裡
現在你已能完整描述運動——一維與二維的位置、速度、加速度。但我們始終沒問車子為什麼加速、球為什麼走拋物線。你遇到的每一個加速度,都由力造成,而從「描述」通往「解釋」的橋樑,就是牛頓第二定律,也就是動力學的起點。再往前,能量與動量提供更強大的捷徑,而你在這裡用的圖形與極限思維,正是通往微積分的門戶。運動學是詞彙;物理學的其餘部分則是對話。