Содержание
Вероятно, одно из самых известных или печально известных осадных орудий - катапульта использовалась для забрасывания снарядов в цитадель врага в попытке ослабить его оборону или сломить волю укрытых внутри. С точки зрения физики, катапульта на самом деле является простым рычагом, при этом рычаг катапульты поворачивается на опоре, пока перекладина не остановит руку и не выпустит снаряд, сидящий в ведре на конце руки. Если у вас есть доступ к катапульте или вы делаете простую - для определения ее силы потребуется всего несколько измерений и несколько простых вычислений.
Определение силы вашей катапульты
Начните с взвешивания вашего снаряда. Для необходимых последующих расчетов лучше всего записать массу в килограммах.
Перед запуском вашего снаряда, определитесь с позицией, чтобы измерить: сколько времени требуется руке для перемещения из положения покоя до удара по перекладине, как долго снаряд достигает максимальной высоты, как далеко снаряд летит и сколько времени требуется, чтобы достичь удара , Поскольку катапульта движется с такими высокими скоростями - вам может понадобиться помощник с секундомером, который заменит одно из измерений времени, используйте видеокамеру для захвата катапульты в действии и проведения измерений на основе видеоматериала или используйте несколько испытаний. чтобы получить все ваши данные точек.
Определите начальную горизонтальную скорость (Vh), используя расстояние удара снаряда (d) и продолжительность времени, которое потребовалось, чтобы попасть туда, предполагая, что снаряд двигался с той же горизонтальной скоростью при ударе: (Th): Vh = d / Th , Например, расстояние 100 метров за 10 секунд: Vh = 100/10 = 10 метров в секунду.
Определите начальную вертикальную скорость (Vv), используя время, которое потребовалось снаряду, чтобы достичь его максимальной высоты (Tmax), ускорение силы тяжести (-9,8 метра в секунду ^ 2) и вертикальную скорость на максимальной высоте, которая равна нулю: Vv = 0 - (сила тяжести * Tmax). Итак, если снаряду потребовалось 5 секунд, чтобы достичь максимальной высоты: Vv = 0 - (-9,8 * 5 секунд) = 49,4 метра в секунду.
Чтобы определить общую скорость (Vtotal) на основе горизонтальной скорости (Vh) и вертикальной скорости (Vv), определенной на последних двух шагах, мы используем формулу: Vtotal = квадратный корень из (Vv в квадрате + Vh в квадрате). Используя числа, указанные в предыдущих шагах, мы получили бы: Vtotal = квадратный корень из (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = квадратный корень из (100 + 2440) = около 50 метров в секунду.
Затем нам нужно определить ускорение нашего снаряда (Aproj), взяв начальную скорость снаряда (Vinitial) и разделив ее на время, необходимое для достижения этой скорости (Tinitial). Так, если Tinitial составляет 0,25 секунды: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 метров / секунду ^ 2.
Умножьте это ускорение (Aproj) на массу снаряда (Mproj), и вы получите величину силы, действующей катапультой (Fcat) на снаряд. Поэтому, если Mproj равен 1 килограмму: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 кг * м / с ^ 2 = 200 Ньютонов (стандартная единица силы).