Indhold
Sandsynligvis et af de mest berømte eller berygtede belejringsvåben - katapulten blev brugt til at kaste projektiler ind i en fjendens højborg i et forsøg på enten at svække dets forsvar eller bryde viljen fra de beskyttede inde. Fra et fysisk synspunkt er katapulten faktisk en simpel håndtag, med katapultarmen svingende på et hjul, indtil en tværstang stopper armen og frigiver projektilet, der sidder i spanden i enden af armen. Hvis du har adgang til en katapult eller foretager en enkel enhed - at bestemme styrken heraf kræver kun et par målinger og nogle enkle beregninger.
Bestemmelse af kraften i din katapult
Start med at veje dit projektil. For de nødvendige beregninger, der følger, er det bedst at registrere massen i kg.
Før du starter dit projektil, skal du sætte dig i stand til at måle: hvor lang tid det tager armen at rejse fra hvileposition til at ramme tværstangen, hvor lang tid projektilet tager for at nå maksimal højde, hvor langt projektilet kører og hvor lang tid det tager at nå slag . Da katapulten bevæger sig så høje hastigheder - kan det være en god ide at have en assistent med stopurovertagelse en af tidsmålingerne, brug et videokamera til at fange katapulten i aktion og foretage målinger baseret på videooptagelserne, eller brug flere forsøg for at få alle dine datapunkter.
Bestemm den oprindelige horisontale hastighed (Vh) ved hjælp af projektilernes slagafstand (d) og hvor lang tid det tog at komme dertil, under forudsætning af at projektilet kørte med den samme vandrette hastighed ved anslag: (Th): Vh = d / Th . For eksempel er en afstand på 100 meter ved 10 sekunder: Vh = 100/10 = 10 meter per sekund.
Bestemm den oprindelige lodrette hastighed (Vv) ved hjælp af den tid, det tog projektilet at nå sin maksimale højde (Tmax), tyngdeaccelerationen (-9,8 meter / sekund ^ 2) og den lodrette hastighed ved maksimal højde, hvilket er nul: Vv = 0 - (tyngdekraft * Tmax). Så hvis projektilet tog 5 sekunder at nå maksimal højde: Vv = 0 - (-9,8 * 5 sekunder) = 49,4 meter / sekund.
For at bestemme totalhastighed (Vtotal) baseret på horisontal hastighed (Vh) og lodret hastighed (Vv) som bestemt i de to sidste trin, bruger vi formlen: Vtotal = kvadratroten af (Vv kvadrat + Vh kvadrat). Ved hjælp af de tal, der er givet i de foregående trin, får vi: Vtotal = kvadratroden af (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = kvadratroden af (100 + 2440) = ca. 50 meter / sekund.
Dernæst er vi nødt til at bestemme accelerationen af vores projektil (Aproj) ved at tage projektiets oprindelige hastighed (Vinitial) og dele det med den tid det tog at nå denne hastighed (Tinitial). Så hvis Tinitial er 0,25 sekunder: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 meter / sekund ^ 2.
Multipliser denne acceleration (Aproj) med massen af projektilet (Mproj), og du har mængden af kraft, der udøves af katapulten (Fcat) på projektilet. Så hvis Mproj er 1 kg: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / sekund ^ 2 = 200 Newton (en standard kraftenhed).