Vsebina
Verjetno eno najbolj znanih ali zloglasnih oblegalnih orožij - katapult je bil uporabljen za metanje izstrelkov v sovražnikovo trdnjavo, da bi poskusili bodisi oslabiti obrambo bodisi zlomiti voljo zaklonjenih znotraj. S fizikalnega vidika je katapult pravzaprav preprost vzvod, saj se katapultna ročica vrti na ogrodju, dokler prečka ne ustavi roke in izpusti izstrelka, ki sedi v vedru na koncu roke. Če imate dostop do katapulta ali naredite preprost - določitev njegove sile zahteva le nekaj meritev in nekaj preprostih izračunov.
Določitev sile vašega katapulta
Začnite s tehtanjem svojega projektila. Za potrebne izračune, ki sledijo, je najbolje, da se masa zapiše v kilogramih.
Pred izstrelitvijo projektila postavite v položaj za merjenje: koliko časa traja roka, da potuje iz položaja mirovanja do udarca v prečko, koliko časa izstrelk doseže največjo višino, kako daleč potuje projektil in koliko časa traja, da doseže udar . Ker se katapult giblje s tako visokimi hitrostmi - morda boste želeli imeti pomočnika s štoparico, ki je ena izmed meritev časa, uporabite video kamero, da posnamete katapult v akciji in izvedete meritve na podlagi video posnetkov ali uporabite več preskusov pridobiti vse svoje podatkovne točke.
Določite začetno vodoravno hitrost (Vh) z udarno razdaljo (d) projektilov in dolžino časa, ki je trajal, da bi prišli do tja, ob predpostavki, da je izstrelek potoval z isto vodoravno hitrostjo ob udarcu: (Th): Vh = d / Th . Na primer, razdalja 100 metrov v 10 sekundah je: Vh = 100/10 = 10 metrov na sekundo.
Določite začetno vertikalno hitrost (Vv) s časom, ki je trajal, da je projektil dosegel svojo največjo višino (Tmax), pospešek gravitacije (-9,8 metra / sekundo ^ 2) in navpično hitrost na največji višini, ki je enaka nič: Vv = 0 - (gravitacija * Tmax). Torej, če je projektil potreboval 5 sekund, da je dosegel največjo višino: Vv = 0 - (-9,8 * 5 sekund) = 49,4 metra / sekundo.
Za določitev skupne hitrosti (Vtotal) na podlagi vodoravne hitrosti (Vh) in navpične hitrosti (Vv), kot je določena v zadnjih dveh korakih, uporabimo formulo: Vtotal = kvadratni koren (Vv kvadrat + Vh kvadrat). S številkami iz prejšnjih korakov bi dobili: Vtotal = kvadratni koren (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = kvadratni koren (100 + 2440) = približno 50 metrov / sekundo.
Nato moramo določiti pospešek našega izstrelka (Aproj) tako, da vzamemo začetno hitrost izstrelka (Vinitial) in ga razdelimo na čas, ki je potreben, da dosežemo to hitrost (Tinitial). Torej, če je Tinitial 0,25 sekunde: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 metrov / sekundo ^ 2.
Pomnožite ta pospešek (Aproj) z maso izstrelka (Mproj) in dobite količino sile, ki jo ima katapult (Fcat) na izstrelku. Torej, če je Mproj 1 kilogram: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / sekunda ^ 2 = 200 Newtonov (standardna enota sile).