馬三最近在一直負責Unity中的物理引擎這一塊，眾所周知，Unity內置了NVIDIA公司PhysX物理引擎。然而，馬三一直覺得只會使用引擎而不去了解原理的程序猿不是一位老司機。所以對一些常用的物理學公式我們還是要了解一下的。下面就是Unity開發中常用的一些物理學公式。
一、直線運動
1.勻變速直線運動
1.平均速度V＝s/t（定義式)
2.有用推論Vt^2-Vo^2＝2as
3.中間時刻速度Vt/2＝V平＝(Vt+Vo)/2
4.末速度Vt＝Vo+at
5.中間位置速度Vs/2＝[(Vo^2+Vt^2)/2]1/2
6.位移s＝V平t＝Vot+at*t/2＝Vt/2t
7.加速度a＝(Vt-Vo)/t｛以Vo為正方向，a與Vo同向(加速)a>0；反向則a<0｝
8.實驗用推論Δs＝aT^2｛Δs為連續相鄰相等時間(T)內位移之差｝
9.主要物理量及單位:初速度(Vo):m/s；加速度(a):m/s*s；末速度(Vt):m/s；時間(t)秒(s)；位移(s):米（m）；路程:米；速度單位換算：1m/s=3.6km/h。
HINT：
(1)平均速度是矢量;
(2)物體速度大,加速度不一定大;
(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式，不是決定式;
2.自由落體運動
1.初速度Vo＝0?
2.末速度Vt＝gt
3.下落高度h＝gt*t/2（從Vo位置向下計算）
4.推論Vt^2＝2gh
HINT：
(1)自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，遵循勻變速直線運動規律；
(2)a＝g＝9.8m/s*s≈10m/s*s（重力加速度在赤道附近較小,在高山處比平地小，方向豎直向下）。
3.豎直上拋運動
1.位移s＝Vot-gt*t/2
2.末速度Vt＝Vo-gt（g=9.8m/s*s≈10m/s*s）
3.有用推論Vt^2-Vo^2＝-2gs
4.上升最大高度Hm＝Vo*Vo/2g(拋出點算起）
5.往返時間t＝2Vo/g（從拋出落回原位置的時間）
HINT：
(1)全過程處理:是勻減速直線運動，以向上為正方向，加速度取負值；
(2)分段處理：向上為勻減速直線運動，向下為自由落體運動，具有對稱性；
(3)上升與下落過程具有對稱性,如在同點速度等值反向等。
二、曲線運動、萬有引力
1.平拋運動
1.水平方向速度：Vx＝Vo
2.豎直方向速度：Vy＝gt
3.水平方向位移：x＝Vot
4.豎直方向位移：y＝gt*t/2
5.運動時間t＝(2y/g）1/2(通常又表示為(2h/g)1/2)
6.合速度Vt＝(Vx*Vx+Vy*Vy)1/2＝[Vo*Vo+(gt)*(gt)]1/2 合速度方向與水平夾角β:tgβ＝Vy/Vx＝gt/V0
7.合位移：s＝(x*x+y*y)1/2,位移方向與水平夾角α:tgα＝y/x＝gt/2Vo
8.水平方向加速度：ax=0；豎直方向加速度：ay＝g
HINT：
(1)平拋運動是勻變速曲線運動，加速度為g，通常可看作是水平方向的勻速直線運與豎直方向的自由落體運動的合成；
(2)運動時間由下落高度h(y)決定與水平拋出速度無關；
(3)θ與β的關系為tgβ＝2tgα；
(4)在平拋運動中時間t是解題關鍵；(5)做曲線運動的物體必有加速度，當速度方向與所受合力(加速度)方向不在同一直線上時，物體做曲線運動。
2.勻速圓周運動
1.線速度V＝s/t＝2πr/T
2.角速度ω＝Φ/t＝2π/T＝2πf
3.向心加速度a＝V2/r＝ω2r＝(2π/T)2r
4.向心力F心＝mV2/r＝mω2r＝mr(2π/T)2＝mωv=F合
5.周期與頻率：T＝1/f
6.角速度與線速度的關系：V＝ωr
7.角速度與轉速的關系ω＝2πn(此處頻率與轉速意義相同)
8.主要物理量及單位：弧長(s):米(m)；角度(Φ)：弧度（rad）；頻率（f）：赫（Hz）；周期（T）：秒（s）；轉速（n）：r/s；半徑(r):米（m）；線速度（V）：m/s；角速度（ω）：rad/s；向心加速度：m/s*s。
HINT：
(1)向心力可以由某個具體力提供，也可以由合力提供，還可以由分力提供，方向始終與速度方向垂直，指向圓心；
(2)做勻速圓周運動的物體，其向心力等於合力，並且向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小，因此物體的動能保持不變，向心力不做功，但動量不斷改變。
3.萬有引力
1.開普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:軌道半徑，T:周期，K:常量(與行星質量無關，取決於中心天體的質量)｝
2.萬有引力定律：F＝Gm1m2/r2（G＝6.67×10-11Nm2/kg2，方向在它們的連線上）
3.天體上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2｛R:天體半徑(m)，M：天體質量（kg）｝
4.衛星繞行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天體質量｝
5.第一(二、三)宇宙速度V1＝(g地r地)1/2＝(GM/r地)1/2＝7.9km/s；V2＝11.2km/s；V3＝16.7km/s
6.地球同步衛星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半徑｝
HINT：
(1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F向＝F萬；
(2)應用萬有引力定律可估算天體的質量密度等；
(3)地球同步衛星只能運行於赤道上空，運行周期和地球自轉周期相同；
(4)衛星軌道半徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小（一同三反）；
(5)地球衛星的最大環繞速度和最小發射速度均為7.9km/s。
4.馬格努斯效應
由於角速度矢量 和速度矢量 的對象，產生的力 可使用下列公式計算：
其中，S是由整個物體表面決定的空氣阻力平均系數。"X"表示向量的交叉乘積。
HINT:
下面的公式演示了一個球是沿着旋轉軸垂直方向的平移運動旋轉的誘導升力：
F = 升力lift force
ρ =流體的密度
v = 球的速度
A = 球的橫截面積
CL = 升力系數
升力系數CL可以從使用雷諾數和旋轉比率的實驗數據圖表確定。與光滑的球旋轉的比例為0.5到4.5，典型的升力系數的范圍從0.2至0.6.
三、力（常見的力、力的合成與分解）
1.常見的力
1.重力G＝mg（方向豎直向下，g＝9.8m/s*s≈10m/s*s，作用點在重心，適用於地球表面附近）
2.胡克定律F＝kx｛方向沿恢復形變方向，k：勁度系數(N/m)，x：形變量(m)｝
3.滑動摩擦力F＝μFN｛與物體相對運動方向相反，μ：摩擦因數，FN：正壓力(N)｝
4.靜摩擦力0≤f靜≤fm（與物體相對運動趨勢方向相反，fm為最大靜摩擦力）
5.萬有引力F＝Gm1m2/r2（G＝6.67×10-11Nm2/kg2,方向在它們的連線上）
HINT:
(1)勁度系數k由彈簧自身決定;
(2)摩擦因數μ與壓力大小及接觸面積大小無關，由接觸面材料特性與表面狀況等決定;
(3)fm略大於μFN，一般視為fm≈μFN;
2.力的合成與分解
1.同一直線上力的合成同向:F＝F1+F2，反向：F＝F1-F2(F1>F2)
2.互成角度力的合成：
F＝(F12+F22+2F1F2cosα)1/2（余弦定理）F1⊥F2時:F＝(F12+F22)1/2
3.合力大小范圍：|F1-F2|≤F≤|F1+F2|
4.力的正交分解：Fx＝Fcosβ，Fy＝Fsinβ（β為合力與x軸之間的夾角tgβ＝Fy/Fx）
HINT：
(1)力(矢量)的合成與分解遵循平行四邊形定則;
(2)合力與分力的關系是等效替代關系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立;
(3)除公式法外，也可用作圖法求解,此時要選擇標度,嚴格作圖;
(4)F1與F2的值一定時,F1與F2的夾角(α角)越大，合力越小;
(5)同一直線上力的合成，可沿直線取正方向，用正負號表示力的方向，化簡為代數運算。
四、動力學（運動和力）
1.牛頓第一運動定律(慣性定律）：物體具有慣性，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,直到有外力迫使它改變這種狀態為止
2.牛頓第二運動定律：F合＝ma或a＝F合/ma{由合外力決定,與合外力方向一致}
3.牛頓第三運動定律：F＝-F′{負號表示方向相反,F、F′各自作用在對方，平衡力與作用力反作用力區別，實際應用：反沖運動}
4.共點力的平衡F合＝0，推廣｛正交分解法、三力匯交原理｝
5.超重：FN>G，失重：FN<G{加速度方向向下，均失重，加速度方向向上，均超重}
6.牛頓運動定律的適用條件：適用於解決低速運動[color=rgb(85, 85, 85) !important]問題，適用於宏觀物體，不適用於處理高速問題，不適用於微觀粒子
HINT:
平衡狀態是指物體處於靜止或勻速直線狀態,或者是勻速轉動。
五、振動和波（機械振動與機械振動的傳播）
1.簡諧振動F＝-kx{F:回復力，k:比例系數，x:位移，負號表示F的方向與x始終反向}
2.單擺周期T＝2π(l/g)1/2｛l:擺長(m)，g:當地重力加速度值，成立條件:擺角θ<100;l>>r｝
六、沖量與動量(物體的受力與動量的變化）
1.動量：p＝mv｛p:動量(kg/s)，m:質量(kg)，v:速度(m/s)，方向與速度方向相同｝
3.沖量：I＝Ft｛I:沖量(Ns)，F:恆力(N)，t:力的作用時間(s)，方向由F決定｝
4.動量定理：I＝Δp或Ft＝mvt–mvo{Δp:動量變化Δp＝mvt–mvo，是矢量式}
5.動量守恆定律：p前總＝p后總或p＝p’′也可以是m1v1+m2v2＝m1v1′+m2v2′
6.彈性碰撞：Δp＝0；ΔEk＝0{即系統的動量和動能均守恆}
7.非彈性碰撞Δp＝0；0<ΔEK<ΔEKm{ΔEK：損失的動能，EKm：損失的最大動能}
8.完全非彈性碰撞Δp＝0；ΔEK＝ΔEKm{碰后連在一起成一整體}
9.物體m1以v1初速度與靜止的物體m2發生彈性正碰:
v1′＝(m1-m2)v1/(m1+m2)v2′＝2m1v1/(m1+m2)
10.由9得的推論—–等質量彈性正碰時二者交換速度(動能守恆、動量守恆)
11.子彈m水平速度vo射入靜止置於水平光滑地面的長木塊M，並嵌入其中一起運動時的機械能損失E損=mVo*Vo/2-(M+m)Vt*Vt/2＝fs相對{vt:共同速度，f:阻力，s相對子彈相對長木塊的位移。
作者：馬三小伙兒
出處：http://www.cnblogs.com/msxh/p/6128851.html
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