Sisältö
Todennäköisesti yksi kuuluisimmista tai surullisimmista piiritysaseista - katapulttia käytettiin heittämään ammuksia vihollisen linnoitukseen yrittämään joko heikentää puolustustaan tai rikkoa sisällä suojattujen tahto. Fysiikan kannalta katapultti on oikeastaan yksinkertainen vipu, jossa katapulttivarsi kääntyy tukipisteeseen, kunnes poikkipalkki pysäyttää käden ja vapauttaa ammuksen istuvan ammuksen varren päässä. Jos sinulla on pääsy katapulttiin tai teet yksinkertaisen, sen voiman määrittäminen vaatii vain muutaman mittauksen ja joitain yksinkertaisia laskelmia.
Katapultin voiman määrittäminen
Aloita punnitsemalla ammus. Seuraavat tarvittavat laskelmat on parasta kirjata massa kilogrammoina.
Ennen ammuksen laskemista, aseta mittaamaan: kuinka kauan käsivarsi kulkee lepoasennosta lyödä poikkipalkkiin, kuinka kauan ammus kestää maksimikorkeuden saavuttamiseen, kuinka pitkälle ammus kulkee ja kuinka kauan iskun saavuttaminen kestää . Koska katapultti liikkuu niin suurella nopeudella - saatat haluta olla avustaja, jolla on sekuntikello, joka ottaa haltuunsa yhden ajanmittauksen, käyttää videokameraa katapultin sieppaamiseen toiminnassa ja mittausten tekemiseen videomateriaalin perusteella tai käyttää useita kokeita saadaksesi kaikki tietopisteesi.
Määritä alkuperäinen horisontaalinen nopeus (Vh) ammusten törmäysetäisyyden (d) ja saavuttamiseen kuluneen ajan perusteella olettaen, että ammus kulki samalla iskussa vaakasuoralla nopeudella: (Th): Vh = d / Th . Esimerkiksi 100 metrin etäisyys 10 sekunnissa on: Vh = 100/10 = 10 metriä sekunnissa.
Määritä alkuperäinen pystysuuntainen nopeus (Vv) käyttämällä aikaa, joka kului ammuksen saavuttamiseen maksimikorkeuteensa (Tmax), painovoiman kiihtyvyyteen (-9,8 metriä / sekunti ^ 2) ja pystysuuntaiseen nopeuteen enimmäiskorkeudella, joka on nolla: Vv = 0 - (painovoima * Tmax). Joten, jos ammus kesti 5 sekuntia saavuttaakseen maksimikorkeuden: Vv = 0 - (-9,8 * 5 sekuntia) = 49,4 metriä / sekunnissa.
Kokonaisnopeuden (Vtotal) määrittämiseksi horisontaalisen nopeuden (Vh) ja pystysuuntaisen nopeuden (Vv) perusteella määritettynä kahdessa viimeisessä vaiheessa käytetään kaavaa: Vtotal = neliönjuuri (Vv: n neliö + Vh-neliö). Edellisissä vaiheissa annettujen numeroiden avulla saadaan: Vtotal = (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) neliöjuuri = (100 + 2440) = noin 50 metriä sekunnissa neliöjuuri.
Seuraavaksi meidän on määritettävä ammuksen (Aproj) kiihtyvyys ottamalla ammuksen alkuperäinen nopeus (Vinitial) ja jakamalla se ajan kanssa, joka kului tämän nopeuden saavuttamiseen (Tinitial). Joten, jos Tinitial on 0,25 sekuntia: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 metriä / sekunti ^ 2.
Kerro tämä kiihtyvyys (Aproj) ammuksen massalla (Mproj) ja sinulla on määrä voimaa, jonka katapultti (Fcat) kohdistaa ammukseen. Joten jos Mproj on 1 kilogramma: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / s ^ 2 = 200 newtonia (vakiovoimayksikkö).