什麼是重力位能?
重力位能(GPE)是物體因為在重力場中的位置而儲存的能量。當你把一本書放上書架時,就賦予了它位能;一旦讓它掉落,這份能量便轉換成運動的能量。本計算機根據三個數值——質量、高度與重力加速度——來計算重力位能,並以國際單位制(SI)的能量單位「焦耳(J)」呈現結果。這套物理原理放諸四海皆準,並不限於任何單一國家。
計算公式
重力位能的公式如下:
PE = m · g · h
- m = 物體質量,單位為公斤(kg)
- g = 重力加速度,單位為公尺每平方秒(m/s²)
- h = 相對於參考點的高度,單位為公尺(m)
在地球表面,g 約為 9.81 m/s²;在月球上約為 1.62 m/s²,在火星上則約為 3.72 m/s²。因此,同一個物體在不同星球上所儲存的位能也不盡相同。
如何使用本計算機
- 輸入物體的質量,單位為公斤。
- 輸入高度,單位為公尺,以你選定的零點(通常是地面)為基準量起。
- 輸入 g 的數值,或直接沿用地球的預設值 9.81 m/s²。
- 讀取以焦耳為單位的位能結果。
請記得,高度永遠是相對的——「零點」由你自己決定。同一個物體,從地板量起或從地下室量起,所得的重力位能可能完全不同。
實例演算
假設在地球上,一本 2 公斤的教科書放在距離地板 1.8 公尺高的書架上:
PE = m · g · h = 2 × 9.81 × 1.8
PE = 35.32 焦耳
如果這本書掉落到地板,這 35.3 J 便會以動能的形式釋放出來。
使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)
📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位
輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。
🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障
所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。
📊 3. 符合公認學術與產業計算模型
演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。
📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出
支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。
🔄 5. 多情景敏感度動態對比
建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。
🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明
本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。
常見問題 (FAQ)
位能可以是負值嗎?
可以。如果物體位於你所選參考點的下方,位能就會是負的。在物理上真正有意義的只有位能的「差值」,因此正負號只是反映物體會往哪個方向移動而已。
物體掉落時,能量跑到哪裡去了?
它會轉換成動能(\(\tfrac{1}{2}mv^2\))。若忽略空氣阻力,在落地的瞬間,所有的重力位能都會化為運動的能量。
為什麼用 9.81 而不是 10?
9.81 m/s² 是公認的地球重力平均值。用 10 只是方便的近似估算,會帶來約 2% 的誤差。