Περιεχόμενο
Πιθανόν ένα από τα πιο διάσημα όπλα πολιορκίας - ο καταπέλτης χρησιμοποιήθηκε για να ρίξει βλήματα σε ένα οχυρό του εχθρού σε μια προσπάθεια είτε να αποδυναμώσει τις άμυνές του είτε να σπάσει τη θέληση εκείνων που προστατεύονται μέσα. Από την οπτική της φυσικής, ο καταπέλτης είναι στην πραγματικότητα ένας απλός μοχλός, με τον βραχίονα καταπέλτη να περιστρέφεται σε ένα υπομόχλιο μέχρις ότου ένα σταυροειδές να σταματήσει τον βραχίονα και να απελευθερώσει το βλήμα που κάθεται στον κάδο στο τέλος του βραχίονα. Εάν έχετε πρόσβαση σε έναν καταπέλτη ή κάνετε έναν απλό - ο καθορισμός της δύναμης του απαιτεί μόνο μερικές μετρήσεις και μερικούς απλούς υπολογισμούς.
Προσδιορισμός της δύναμης του καταπέλτη σας
Ξεκινήστε ζυγίζοντας το βλήμα σας. Για τους απαραίτητους υπολογισμούς που ακολουθούν, είναι καλύτερα να καταγράψετε τη μάζα σε χιλιόγραμμα.
Πριν ξεκινήσετε το βλήμα, πρέπει να μετρήσετε: πόσο χρόνο χρειάζεται ο βραχίονας για να ταξιδέψει από τη θέση ανάπαυσης στο χτύπημα της μπάρας, πόσο καιρό το βλήμα παίρνει για να φτάσει το μέγιστο ύψος, πόσο μακριά ταξιδεύει το βλήμα και πόσο χρόνο χρειάζεται για να φτάσει το χτύπημα . Από τη στιγμή που ο καταπέλτης κινείται με τέτοιες υψηλές ταχύτητες - ίσως θελήσετε να έχετε έναν βοηθό με λήψη χρονόμετρου μία μέτρηση χρόνου, να χρησιμοποιήσετε μια βιντεοκάμερα για να καταγράψετε τον καταπέλτη σε δράση και να κάνετε μετρήσεις με βάση το βιντεοκασέτα ή να χρησιμοποιήσετε πολλαπλές δοκιμές για να λάβετε όλα τα σημεία δεδομένων σας.
Προσδιορίστε την αρχική οριζόντια ταχύτητα (Vh) χρησιμοποιώντας την απόσταση πρόσκρουσης (d) των προβολέων και το χρονικό διάστημα που χρειάστηκε για να φτάσετε εκεί, υποθέτοντας ότι το βλήμα έτρεξε με την ίδια οριζόντια ταχύτητα κατά την πρόσκρουση: (Th): Vh = d / Th . Για παράδειγμα, απόσταση 100 μέτρων στα 10 δευτερόλεπτα είναι: Vh = 100/10 = 10 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Προσδιορίστε την αρχική κατακόρυφη ταχύτητα (Vv) χρησιμοποιώντας το χρόνο που χρειάστηκε το βλήμα να φτάσει στο μέγιστο ύψος του (Tmax), την επιτάχυνση της βαρύτητας (-9,8 μέτρα / δευτερόλεπτο ^ 2) και την κατακόρυφη ταχύτητα στο μέγιστο ύψος, = 0 - (βαρύτητα * Tmax). Έτσι, αν το βλήμα πήρε 5 δευτερόλεπτα για να φτάσει το μέγιστο ύψος: Vv = 0 - (-9,8 * 5 δευτερόλεπτα) = 49,4 μέτρα / δευτερόλεπτο.
Για τον προσδιορισμό της ολικής ταχύτητας (Vtotal) με βάση την οριζόντια ταχύτητα (Vh) και την κατακόρυφη ταχύτητα (Vv) όπως καθορίστηκε στα τελευταία δύο στάδια, χρησιμοποιούμε τον τύπο: Vtotal = τετραγωνική ρίζα (Vv τετράγωνο + Vh τετράγωνο). Χρησιμοποιώντας τους αριθμούς που δίνονται στα προηγούμενα βήματα θα πάρουμε: Vtotal = η τετραγωνική ρίζα του (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) = η τετραγωνική ρίζα του (100 + 2440) = περίπου 50 μέτρα / δευτερόλεπτο.
Στη συνέχεια, πρέπει να καθορίσουμε την επιτάχυνση του βλήματος μας (Aproj) λαμβάνοντας την αρχική ταχύτητα του βλήματος (Vinitial) και διαιρώντας το μέχρι το χρόνο που χρειαζόταν για να φτάσει αυτή η ταχύτητα (Tinitial). Έτσι, αν το Tinitial είναι 0,25 δευτερόλεπτα: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 μέτρα / δευτερόλεπτο ^ 2.
Πολλαπλασιάστε αυτήν την επιτάχυνση (Aproj) με τη μάζα του βλήματος (Mproj) και έχετε το ποσό της δύναμης που ασκεί ο καταπέλτης (Fcat) στο βλήμα. Έτσι, εάν το Mproj είναι 1 κιλό: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / second ^ 2 = 200 Newtons (μια τυποποιημένη μονάδα δύναμης).