從發射高度出發的拋體運動:HSC 物理指南
學習如何建立著地點高於或低於發射高度的拋體模型。在 HSC 物理題中,正確運用垂直位移、飛行時間與二次方程的根。
一顆球以 \(20\text{ m s}^{-1}\) 的速率、相同的角度進行兩次發射。第一次,它落在與發射點相同的高度。第二次,它落在比發射點低 \(15\text{ m}\) 的地面上。
因為發射速度沒有改變,你會預期兩次的水平射程相同嗎?繼續閱讀前,先作出你的預測。
第二顆球會飛得更遠。它的水平運動並沒有變快。它只是有更多時間作水平運動,因為在到達著地高度之前,它必須下落得更遠。
現在把情況反過來。假設著地平台高於發射點。拋體可能會兩次到達該高度:一次在上升時,一次在下降時。也有可能完全到不了該高度。
在拋體運動中,我們需要特別小心處理的正是這個高度差。
01方程關心的是位移,而不是「高度」
最簡潔的方法通常是把發射點設為 \(y=0\)。
然後用垂直位移來描述著地點:
\[ \Delta y=y_f-y_i \]
其中 \(y_i\) 是初始垂直位置,而 \(y_f\) 是最終垂直位置。
如果把發射點設為原點,則 \(y_i=0\),所以 \(\Delta y\) 就是著地點相對於發射點的位置。
| 著地位置 | 垂直位移 |
|---|---|
| 在發射點下方 \(12\text{ m}\) | \(\Delta y=-12\text{ m}\) |
| 與發射點同一高度 | \(\Delta y=0\) |
| 在發射點上方 \(6\text{ m}\) | \(\Delta y=+6\text{ m}\) |
第一列中的負號不是可有可無的。它表示拋體最後位於起點下方。
一個常見錯誤是看到「\(12\text{ m}\) 高的懸崖」就自動代入 \(+12\text{ m}\)。\(12\text{ m}\) 這個數值表示距離。如果選擇向上為正方向,那麼垂直位移就是 \(-12\text{ m}\)。

02把水平與垂直運動分開處理
可以把拋體運動想像成兩段使用相同時間戳記的影片。
一段影片顯示水平運動,另一段顯示垂直運動。兩者的運動方式不同,但它們必須對應到同一個時間 \(t\)。
這有點像兩個人各自完成小組作業的不同部分,但共用同一個截止期限。水平運動不可能悄悄用了 \(2.0\text{ s}\),而垂直運動卻用了 \(3.0\text{ s}\)。只有一個拋體,所以也只有一個經過時間。
在標準的 HSC 拋體模型中:
\[ a_x=0 \]
以及
\[ a_y=-g \]
其中 \(a_x\) 和 \(a_y\) 分別是水平與垂直加速度,而 \(g=9.8\text{ m s}^{-2}\) 是地球表面附近重力加速度的大小。
這個模型假設空氣阻力可以忽略。如果空氣阻力顯著,水平與垂直運動就不再能如此整齊地彼此獨立,因為阻力取決於拋體的速度。
複習:分解發射速度
如果拋體以速率 \(u\)、與水平方向成 \(\theta\) 角向上發射,
\[ u_x=u\cos\theta \]
以及
\[ u_y=u\sin\theta \]
其中 \(u_x\) 是初始水平速度,而 \(u_y\) 是初始垂直速度。
如果這一步仍然需要花太多心力,可以先複習拋體初速度的分量,再繼續往下。當這些分量的處理變得熟練後,後面的內容都會容易很多。
經過時間 \(t\) 後的水平位置為
\[ \Delta x=u_x t \]
因為水平加速度為零。
在垂直方向,
\[ \Delta y=u_y t-\frac{1}{2}gt^2 \]
因為垂直加速度是 \(-g\)。
重點是,著地高度不同會改變 \(\Delta y\)。這會改變飛行時間,而飛行時間改變後,又會改變水平距離。
03著地高度不同時,如何求飛行時間
從
\[ \Delta y=u_y t-\frac{1}{2}gt^2 \]
開始,重新整理:
\[ \frac{1}{2}gt^2-u_y t+\Delta y=0 \]
這是一個以 \(t\) 為未知數的二次方程。使用二次公式可得
\[ t=\frac{u_y\pm\sqrt{u_y^2-2g\Delta y}}{g} \]
這個特定形式假設向上為正方向,因此 \(a_y=-g\)。與其盲目背誦正負號,更安全的做法是理解這個方程是如何推導出來的。
根號內的式子
\[ u_y^2-2g\Delta y \]
也能告訴我們一些有實際物理意義的資訊。
著地點低於發射點
如果 \(\Delta y<0\),那麼
\[ -2g\Delta y>0 \]
所以根號項會大於 \(|u_y|\)。
當 \(t=0\) 定義為發射瞬間時,這會產生一個正時間和一個負時間。正值描述未來的撞擊時刻;負值則屬於拋物線在拋體實際發射之前的數學延伸,因此我們把它捨去。
所以,較低的著地高度會讓拋體獲得額外的飛行時間。
著地點與發射點同高
如果 \(\Delta y=0\),
\[ t=\frac{u_y\pm u_y}{g} \]
對向上發射而言。
兩個解為
\[ t=0 \]
以及
\[ t=\frac{2u_y}{g} \]
第一個是發射本身。第二個是拋體回到發射高度的時刻。
著地點高於發射點
這種情況需要多想一步。
假設 \(\Delta y>0\)。在開始計算之前,先問:拋體升得夠高,能到達那個高度嗎?
在最高點,垂直速度為零。使用
\[ v_y^2=u_y^2+2a_y\Delta y \]
並令 \(v_y=0\)、\(a_y=-g\),
\[ 0=u_y^2-2g\Delta y_{\max} \]
所以
\[ \Delta y_{\max}=\frac{u_y^2}{2g} \]
對向上發射而言:
- 如果所需的 \(\Delta y\) 大於 \(\Delta y_{\max}\),拋體永遠到不了該高度;
- 如果它等於 \(\Delta y_{\max}\),拋體只會在最高點碰到該高度一次;
- 如果它小於 \(\Delta y_{\max}\),拋體通常會兩次通過該高度:一次上升,一次下降。
最後這種情況正是盲目選擇其中一個二次方程根會造成問題的地方。
範例:從 \(20\text{ m}\) 高的懸崖發射
一個拋體從 \(20.0\text{ m}\) 高的懸崖頂,以 \(15.0\text{ m s}^{-1}\) 的速率、相對水平方向向上 \(30.0^\circ\) 發射。忽略空氣阻力。求它到達地面前的飛行時間與水平移動距離。
步驟 1:分解初速度。
\[ \begin{aligned} u_x&=15.0\cos30.0^\circ\\ &=13.0\text{ m s}^{-1} \\[4pt] u_y&=15.0\sin30.0^\circ\\ &=7.50\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
步驟 2:為垂直位移指定正確的正負號。
把發射點設為 \(y=0\)。地面在它下方 \(20.0\text{ m}\),因此
\[ \Delta y=-20.0\text{ m} \]
而不是 \(+20.0\text{ m}\)。
步驟 3:利用垂直運動方程求時間。
\[ \begin{aligned} \Delta y&=u_y t-\frac12gt^2\\ -20.0&=7.50t-4.90t^2\\ 4.90t^2-7.50t-20.0&=0 \end{aligned} \]
使用二次公式,
\[ t=\frac{7.50\pm\sqrt{(-7.50)^2-4(4.90)(-20.0)}}{9.80} \]
可得近似值
\[ t=2.93\text{ s} \]
或
\[ t=-1.40\text{ s} \]
負值要捨去,因為計時是從拋體發射的瞬間開始。
步驟 4:把有效的時間代入水平運動。
\[ \begin{aligned} \Delta x&=u_x t\\ &=(13.0)(2.93)\\ &=38.0\text{ m} \end{aligned} \]
因此,拋體在空中約停留 \(2.93\text{ s}\),並水平移動 \(38.0\text{ m}\)。
重要的概念不是算術本身。較低的地面增加了飛行時間,而額外的飛行時間又增加了射程。
04兩個正時間都可能在數學上正確
假設一個拋體從高架平台下方發射。
學生看到 \(t\) 有兩個正答案,就以為二次方程哪裡出錯了。
其實沒有。
拋體可以兩次通過同一高度。
想像你把球拋過二樓的窗戶。球在上升時先通過窗戶一次,接著升到窗戶上方,再在下降時通過同一扇窗戶一次。高度相同,時間不同。
方程只知道拋體何時位於該高度。它不知道實際平台從哪裡開始、有多寬,或那裡是否真的有實體物件。
這些幾何條件必須從題目中取得。
範例:兩次到達高架平台的高度
一個拋體以 \(20.0\text{ m s}^{-1}\) 的速率、相對水平方向向上 \(50.0^\circ\) 發射。求它位於發射點上方 \(6.00\text{ m}\) 時的水平位置。一個小平台位於該高度、靠近 \(x=34.3\text{ m}\)。拋體到達平台時,是正在上升還是下降?
步驟 1:分解初速度。
\[ \begin{aligned} u_x&=20.0\cos50.0^\circ\\ &=12.86\text{ m s}^{-1} \\[4pt] u_y&=20.0\sin50.0^\circ\\ &=15.32\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
步驟 2:檢查拋體能否到達 \(6.00\text{ m}\) 的高度。
它能上升的最大高度為
\[ \begin{aligned} \Delta y_{\max} &=\frac{u_y^2}{2g}\\ &=\frac{(15.32)^2}{2(9.8)}\\ &=11.98\text{ m} \end{aligned} \]
所以 \(6.00\text{ m}\) 肯定可以到達。
步驟 3:求出所有滿足 \(\Delta y=+6.00\text{ m}\) 的時間。
\[ 6.00=15.32t-4.90t^2 \]
所以
\[ 4.90t^2-15.32t+6.00=0 \]
以及
\[ t=\frac{15.32\pm\sqrt{(15.32)^2-4(4.90)(6.00)}}{9.80} \]
得到
\[ t_1=0.459\text{ s} \]
和
\[ t_2=2.67\text{ s} \]
兩者都是正值。兩者都代表真實發生的事件。
步驟 4:求每個時間所對應的水平位置。
\[ \begin{aligned} x_1&=(12.86)(0.459)=5.90\text{ m}\\ x_2&=(12.86)(2.67)=34.3\text{ m} \end{aligned} \]
拋體第一次通過 \(6.00\text{ m}\) 高度時,位於 \(x=5.90\text{ m}\),並正在上升。它在 \(x=34.3\text{ m}\) 時再次到達同一高度,此時正在下降。
平台靠近第二個位置,因此相關的時間是 \(2.67\text{ s}\)。
這是一個重要區別:解垂直運動方程只能告訴你軌跡在哪些位置穿過某個高度。實際的幾何配置才會告訴你哪一次穿越對應到碰撞或著地。
05最容易犯的錯誤
| 容易採取的做法 | 為什麼不對 | 更好的判斷 |
|---|---|---|
| 自動把發射高度當成正數 | 運動學需要的是包含方向的位移 | 計算 \(\Delta y=y_f-y_i\) |
| 每一道懸崖題都使用 \(t=\sqrt{2h/g}\) | 這個公式假設 \(u_y=0\) | 有初始垂直速度時,使用 \(\Delta y=u_y t-\frac12gt^2\) |
| 在著地時令 \(v_y=0\) | \(v_y=0\) 發生在最高點,而通常不是撞擊時 | 用著地位移求 \(t\),需要時再計算 \(v_y\) |
| 自動選第一個正根 | 較高的高度可能會被通過兩次 | 把每個有效時間轉換成位置,再檢查幾何條件 |
| 不加思考就捨去所有負時間 | 負值表示「在所選 \(t=0\) 之前」,不一定代表「物理上不可能」 | 先問清楚題目把哪一個事件定義為 \(t=0\) |
| 在 \(\Delta x=ut\) 中使用完整的發射速率 | 只有水平分量決定水平運動 | 使用 \(\Delta x=u_x t\) |
第五列比較微妙。在大多數 HSC 發射題中,\(t=0\) 都明確定義為發射瞬間,因此負時間位於所建模的實際運動之外。但這個規則取決於計時從哪裡開始。下面的第 5 題正是要深入考察這一點。
06處理不同著地高度的可靠方法
對於著地點高於或低於發射高度的拋體,可以按照以下順序處理:
- 選擇原點與正負方向。通常以向上為正最容易。
- 把發射速度分解為 \(u_x\) 和 \(u_y\)。
- 計算實際垂直位移 \(\Delta y=y_f-y_i\)。
- 如果著地高度高於發射點,先檢查是否能到達該高度。
- 解垂直運動方程,求 \(t\)。
- 根據實際物理情況解釋每一個根,而不是機械式地捨去。
- 把適當的時間代入 \(\Delta x=u_x t\)。
- 如果需要撞擊速度,計算 \(v_y=u_y-gt\),再與保持不變的 \(v_x=u_x\) 合併。
這也是水平與不同高度著地時的拋體飛行時間背後的核心概念:先把垂直運動處理正確,因為水平運動必須等到你得到正確的時間。
07題目與解答
第 1 題
一顆球以 \(8.00\text{ m s}^{-1}\) 的速度,水平滾出一個 \(12.0\text{ m}\) 高懸崖的邊緣。忽略空氣阻力。
求:
a. 到達地面所需的時間
b. 水平移動距離。
解答 1
球在空中停留 \(1.56\text{ s}\),並水平移動 \(12.5\text{ m}\)。
最容易犯的錯誤是把 \(12.0\text{ m}\) 當成正的垂直位移。若向上為正,地面位於發射點下方,因此
\[ \Delta y=-12.0\text{ m} \]
球是水平發射的,所以
\[ u_y=0 \]
先處理垂直運動:
\[ \begin{aligned} \Delta y&=u_y t-\frac12gt^2\\ -12.0&=0-4.90t^2\\ t^2&=\frac{12.0}{4.90}\\ t&=1.56\text{ s} \end{aligned} \]
只有正時間有關,因為 \(t=0\) 是發射瞬間。
在水平方向,
\[ \begin{aligned} \Delta x&=u_x t\\ &=(8.00)(1.56)\\ &=12.5\text{ m} \end{aligned} \]
所以,\(12.0\text{ m}\) 的落差決定拋體在空中停留多久,而 \(8.00\text{ m s}^{-1}\) 的水平速度則決定它在這段時間內移動多遠。
第 2 題
一個拋體從高於水平地面 \(8.00\text{ m}\) 的邊緣,以 \(18.0\text{ m s}^{-1}\) 的速率、相對水平方向向上 \(35.0^\circ\) 發射。
求:
a. 到撞擊為止的時間
b. 水平移動距離
c. 撞擊前一刻速度的大小與方向。
解答 2
拋體在 \(2.71\text{ s}\) 後撞擊地面,著地點距發射點水平 \(40.0\text{ m}\),撞擊速率為 \(21.9\text{ m s}^{-1}\),方向是水平方向下方 \(47.7^\circ\)。
一個很容易採用的捷徑,是把這個運動視為 \(8.00\text{ m}\) 的自由落體。這會忽略拋體最初先向上運動,然後才下降並通過發射高度這個事實。
先分解初速度:
\[ \begin{aligned} u_x&=18.0\cos35.0^\circ\\ &=14.74\text{ m s}^{-1} \\[4pt] u_y&=18.0\sin35.0^\circ\\ &=10.32\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
地面位於發射點下方,所以
\[ \Delta y=-8.00\text{ m} \]
使用垂直運動:
\[ \begin{aligned} -8.00&=10.32t-4.90t^2\\ 4.90t^2-10.32t-8.00&=0 \end{aligned} \]
二次公式會給出一個正值與一個負值。未來的撞擊發生在
\[ t=2.71\text{ s} \]
因此水平位移為
\[ \begin{aligned} \Delta x&=u_xt\\ &=(14.74)(2.71)\\ &=40.0\text{ m} \end{aligned} \]
水平速度維持為
\[ v_x=14.74\text{ m s}^{-1} \]
最終垂直速度為
\[ \begin{aligned} v_y&=u_y-gt\\ &=10.32-(9.8)(2.71)\\ &=-16.23\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
負號表示拋體正在向下運動。
其最終速率為
\[ \begin{aligned} v&=\sqrt{v_x^2+v_y^2}\\ &=\sqrt{(14.74)^2+(16.23)^2}\\ &=21.9\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
求方向時,
\[ \tan\phi=\frac{|v_y|}{v_x} \]
所以
\[ \phi=\tan^{-1}\left(\frac{16.23}{14.74}\right)=47.7^\circ \]
因此,撞擊速度為 \(21.9\text{ m s}^{-1}\),方向是水平方向下方 \(47.7^\circ\)。
第 3 題
一個拋體從 \(y=0\) 以 \(16.0\text{ m s}^{-1}\) 的速率、相對水平方向向上 \(55.0^\circ\) 發射。
一個薄的水平平台表面位於 \(y=+5.00\text{ m}\),並從 \(x=19.0\text{ m}\) 延伸至 \(x=22.0\text{ m}\)。忽略平台厚度以及任何垂直前緣。
拋體會落在平台上嗎?如果會,請指出著地位置,以及當時是向上還是向下運動。
解答 3
會。拋體會在 \(x=20.3\text{ m}\) 處落在平台上,大約是發射後 \(2.21\text{ s}\),而且當時正在向下運動。
最容易走的錯誤路線,是找到拋體第一次到達 \(5.00\text{ m}\) 高度的正時間後就停止。真正改變答案的限制條件,是平台的水平位置。
分解速度:
\[ \begin{aligned} u_x&=16.0\cos55.0^\circ\\ &=9.18\text{ m s}^{-1} \\[4pt] u_y&=16.0\sin55.0^\circ\\ &=13.11\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
在平台高度,
\[ \Delta y=+5.00\text{ m} \]
所以
\[ 5.00=13.11t-4.90t^2 \]
或
\[ 4.90t^2-13.11t+5.00=0 \]
解得
\[ t_1=0.461\text{ s} \]
以及
\[ t_2=2.21\text{ s} \]
兩個時間都代表拋體實際可能通過 \(5.00\text{ m}\) 高度的時刻。
現在檢查它們發生的位置。
第一次通過時,
\[ \begin{aligned} x_1&=u_xt_1\\ &=(9.18)(0.461)\\ &=4.23\text{ m} \end{aligned} \]
那裡沒有平台。
第二次通過時,
\[ \begin{aligned} x_2&=(9.18)(2.21)\\ &=20.3\text{ m} \end{aligned} \]
這位於平台從 \(19.0\text{ m}\) 到 \(22.0\text{ m}\) 的範圍內。
若要檢查運動方向,
\[ \begin{aligned} v_y&=u_y-gt\\ &=13.11-(9.8)(2.21)\\ &=-8.59\text{ m s}^{-1} \end{aligned} \]
因此拋體正在向下運動。
第一個正根並不是「錯誤」的。它描述了一個真實發生、但位於錯誤水平位置的事件。幾何條件會選出第二次通過作為著地時刻。
第 4 題
一個目標位於發射點水平 \(30.0\text{ m}\) 處,並比發射點低 \(5.00\text{ m}\)。拋體必須以恰好 \(20.0\text{ m s}^{-1}\) 的速率發射。
求出所有介於 \(0^\circ\) 和 \(90^\circ\) 之間、能擊中目標的發射角。
然後求每一條軌跡的飛行時間與撞擊速率。
一名學生認為,較陡的軌跡一定會以更大的速率撞擊,因為重力對它作用的時間更久。評估這個說法。
解答 4
有兩個發射角,約為 \(12.3^\circ\) 和 \(68.2^\circ\)。對應的飛行時間分別為 \(1.54\text{ s}\) 和 \(4.04\text{ s}\),但兩者擊中目標時的速率相同,都是 \(22.3\text{ m s}^{-1}\)。
學生的說法看起來很合理,因為較陡的拋體確實在空中停留得久得多。遺漏的條件是:它也把一部分額外時間花在向上運動並減速。在沒有空氣阻力的情況下,兩個拋體以相同速率出發,並且最後都位於同一發射高度下方 \(5.00\text{ m}\)。
令發射角為 \(\theta\)。
在水平方向,
\[ 30.0=(20.0\cos\theta)t \]
所以
\[ t=\frac{30.0}{20.0\cos\theta} \]
在垂直方向,
\[ -5.00=(20.0\sin\theta)t-4.90t^2 \]
代入 \(t\) 的表示式:
\[ -5.00 = 30.0\tan\theta - 11.025\sec^2\theta \]
使用
\[ \sec^2\theta=1+\tan^2\theta \]
並定義
\[ T=\tan\theta \]
可得
\[ -5.00=30.0T-11.025(1+T^2) \]
所以
\[ 11.025T^2-30.0T+6.025=0 \]
二次公式給出
\[ T=0.2184 \]
或
\[ T=2.503 \]
因此,
\[ \theta_1=\tan^{-1}(0.2184)=12.3^\circ \]
以及
\[ \theta_2=\tan^{-1}(2.503)=68.2^\circ \]
對較低的軌跡,
\[ \begin{aligned} t_1 &=\frac{30.0}{20.0\cos12.3^\circ}\\ &=1.54\text{ s} \end{aligned} \]
對較高的軌跡,
\[ \begin{aligned} t_2 &=\frac{30.0}{20.0\cos68.2^\circ}\\ &=4.04\text{ s} \end{aligned} \]
兩者的飛行時間差異很大。
現在不用分別進行兩套冗長的分量計算,就能比較撞擊速率。
在垂直方向,
\[ v_y^2=u_y^2+2a_y\Delta y \]
對任一條軌跡而言,
\[ a_y=-9.8\text{ m s}^{-2} \]
而且
\[ \Delta y=-5.00\text{ m} \]
所以
\[ v_y^2=u_y^2+98.0 \]
最終總速率滿足
\[ v^2=v_x^2+v_y^2 \]
因此,
\[ \begin{aligned} v^2 &=u_x^2+u_y^2+98.0\\ &=u^2+98.0\\ &=(20.0)^2+98.0\\ &=498 \end{aligned} \]
所以
\[ v=22.3\text{ m s}^{-1} \]
兩條軌跡皆是如此。
撞擊方向不同,但撞擊速率相同。在理想拋體模型中,高軌跡額外的飛行時間本身並不會造成更大的最終速率。
第 5 題
一個拋體從水平地面發射。稍後,當它在上升途中穿過一個高於地面 \(5.00\text{ m}\) 的感測器時,測得其速度分量為
\[ v_x=12.0\text{ m s}^{-1} \]
以及
\[ v_y=+8.00\text{ m s}^{-1} \]
感測器在該瞬間把時鐘設為 \(t=0\),並把自己的位置設為 \(x=0,\ y=0\)。
忽略空氣阻力。
求:
a. 相對於感測器時鐘,拋體位於地面高度的每一個時刻
b. 相對於感測器,每次穿過地面高度時的水平位置
c. 拋體從發射到著地的總水平射程。
一名學生得到一個負時間,便立即把它捨去。這裡這樣推理正確嗎?
解答 5
拋體穿過地面高度的時刻為 \(t=-0.482\text{ s}\) 和 \(t=2.12\text{ s}\)。負時間不能捨去:它代表真正的發射時刻,而發射發生在感測器把 \(t=0\) 設定下來之前。從地面發射到重新落回地面的總射程為 \(31.2\text{ m}\)。
這裡的關鍵是:負時間並不代表「不符合物理」。它表示「發生在被標記為 \(t=0\) 的事件之前」。在一般發射題中,兩者通常是一回事,因為時鐘從發射時開始。但本題刻意讓它們不同。
相對於感測器,地面位於
\[ \Delta y=-5.00\text{ m} \]
在 \(t=0\) 時,對這個新的時間座標而言,拋體的垂直速度是
\[ u_y=+8.00\text{ m s}^{-1} \]
使用垂直運動方程:
\[ \begin{aligned} -5.00&=8.00t-4.90t^2\\ 4.90t^2-8.00t-5.00&=0 \end{aligned} \]
二次公式給出
\[ t=\frac{8.00\pm\sqrt{(-8.00)^2-4(4.90)(-5.00)}}{9.80} \]
所以
\[ t=-0.482\text{ s} \]
以及
\[ t=2.12\text{ s} \]
兩個根都描述了題目所述運動中實際發生的事件。
水平速度恆定為
\[ v_x=12.0\text{ m s}^{-1} \]
因為沒有水平加速度。
因此,較早的地面交點相對於感測器的位置為
\[ \begin{aligned} x_{\text{launch}} &=(12.0)(-0.482)\\ &=-5.79\text{ m} \end{aligned} \]
較晚的交點位於
\[ \begin{aligned} x_{\text{landing}} &=(12.0)(2.12)\\ &=25.4\text{ m} \end{aligned} \]
總水平射程就是這兩個位置之差:
\[ \begin{aligned} R &=25.4-(-5.79)\\ &=31.2\text{ m} \end{aligned} \]
容易套用的規則是「捨去負時間」。更精確的正確規則應該是:捨去位於所建模實際物理時間區間之外的時間。
因為感測器在飛行途中重新設定了時鐘,所以發射本身完全可以合理地具有負的時間戳記。
08接下來你能做到什麼
一旦你能正確處理 \(\Delta y\),並從物理意義上解釋二次方程的根,從懸崖、坑洞、陽台和高架平台發射的拋體,就不再是彼此分離的不同題型。它們其實都是同一個模型,只是最終座標不同。
下一個有用的步驟,是把這個飛行時間與射程、撞擊方向和最終速率連結起來。在最困難的判斷完成之後,數學通常都很直接:先找出正確的垂直位移,再找出正確的時間。