Obsah
Pravdepodobne jedna z najslávnejších alebo neslávnych obliehacích zbraní - katapult sa použil na vrhnutie projektilov do nepriateľskej pevnosti v snahe oslabiť jeho obranu alebo zlomiť vôľu tých, ktorí sú vo vnútri. Z hľadiska fyziky je katapult v skutočnosti jednoduchá páka, s ramenom katapultácie, ktoré sa otáča na opore, kým nosník nezastaví rameno a neuvoľní projektil, ktorý sedí v vedre na konci ramena. Ak máte prístup k katapultu alebo si urobíte jednoduchý, určenie sily si vyžaduje iba niekoľko meraní a niekoľko jednoduchých výpočtov.
Určenie sily vášho katapultu
Začnite tým, že zvážite svoj projektil. Pre potrebné výpočty, ktoré nasledujú, je najlepšie zaznamenať hmotnosť v kilogramoch.
Pred spustením projektilu sa postavte na mieru: ako dlho trvá, kým rameno prejde z pokojovej polohy do zasiahnutia priečneho nosníka, ako dlho projektil dosiahne maximálnu výšku, ako ďaleko projektil prejde a ako dlho potrvá, kým dosiahne náraz. , Pretože katapult pohybuje takými vysokými rýchlosťami - možno budete chcieť mať asistenta s preberaním stopiek jedným z meraní času, pomocou videokamery môžete zachytiť katapult v akcii a vykonať merania na základe videozáznamu alebo použiť viacero pokusov získať všetky svoje údajové body.
Určite počiatočnú horizontálnu rýchlosť (Vh) pomocou vzdialenosti nárazu projektilov (d) a dĺžky času, ktorý sa k nej dostal, za predpokladu, že projektil pri náraze cestoval rovnakou horizontálnou rýchlosťou: (Th): Vh = d / Th , Napríklad vzdialenosť 100 metrov za 10 sekúnd je: Vh = 100/10 = 10 metrov za sekundu.
Stanovte počiatočnú vertikálnu rýchlosť (Vv) pomocou času, ktorý projektil dosiahol na dosiahnutie svojej maximálnej výšky (Tmax), zrýchlenia gravitácie (-9,8 m / sekundu ^ 2) a vertikálnej rýchlosti pri maximálnej výške, ktorá je nula: Vv = 0 - (gravitácia * Tmax). Ak projektil dosiahol maximálnu výšku 5 sekúnd, potom Vv = 0 - (-9,8 * 5 sekúnd) = 49,4 metrov / s.
Na určenie celkovej rýchlosti (Vtotal) na základe horizontálnej rýchlosti (Vh) a vertikálnej rýchlosti (Vv), ako bolo stanovené v posledných dvoch krokoch, použijeme vzorec: Vtotal = druhá odmocnina (Vv na druhú + Vh na druhú). Použitím čísel uvedených v predchádzajúcich krokoch by sme dostali: Vtotal = druhá odmocnina (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = druhá odmocnina (100 + 2440) = asi 50 metrov / s.
Ďalej musíme určiť zrýchlenie nášho projektilu (Aproj) tým, že vezmeme počiatočnú rýchlosť projektilu (Vinitial) a vydelíme ju časom, ktorý je potrebný na dosiahnutie tejto rýchlosti (Tinitial). Ak je teda Tinitial 0,25 sekundy: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 metrov / sekundu ^ 2.
Vynásobte toto zrýchlenie (Aproj) hmotou projektilu (Mproj) a na projektil máte množstvo sily vynaloženej katapultom (Fcat). Takže ak Mproj je 1 kilogram: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / s ^ 2 = 200 Newtonov (štandardná jednotka sily).