Förmodligen en av de mest kända eller ökända, belägna vapenna - katapulten var van vid att kasta projektiler i ett fiendens fäste i ett försök att antingen försvaga sitt försvar eller bryta viljan hos de skyddade inuti. Från en fysik synvinkel är kattapulten faktiskt en enkel hävstång, med kattapultarmen svängbar på en vinkel tills en korsstång håller armen och släpper ut projektilen som sitter i hinken i slutet av armen. Om du har tillgång till en katapult eller gör det enkelt - att bestämma kraften behöver det bara några mätningar och några enkla beräkningar.

Bestämning av din katapultstyrka

Börja med att väga din projektil. För de nödvändiga beräkningarna som följer är det bäst att registrera massan i kilo.

Innan du startar din projektil, sätt dig i position för att mäta: hur lång tid tar armen att resa från viloläge för att slå på tvärstången, hur länge projektilen tar för att nå maximal höjd, hur långt projektilen reser och hur lång tid det tar att nå effekten. Eftersom katapulten flyttar en sådan hög hastighet - kanske du vill ha en assistent med stoppklockans övertagande en av tidsmätningen, använd en videokamera för att fånga katapulten i åtgärd och ta mätningar baserat på videofilmen eller använd flera provningar för att få alla dina datapunkter.

Bestäm den initiala horisontella hastigheten (Vh) med hjälp av projektilens slagavstånd (d) och hur lång tid det tog för att komma dit, förutsatt att projektilen färdades på samma sätt horisontell hastighet vid slag: (Th): Vh = d /Th. Exempelvis är ett avstånd på 100 meter vid 10 sekunder: Vh = 100/10 = 10 meter per sekund.

Bestäm den initiala vertikala hastigheten (Vv) med den tid det tog projektilen att nå sin maximala höjd (Tmax), tyngdpunktens acceleration (-9,8 meter /sekund ^ 2) och den vertikala hastigheten vid maximal höjd, vilket är noll: Vv = 0 - (gravitation * Tmax). Så om projektilen tog 5 sekunder för att nå maximal höjd: Vv = 0 - (-9,8 * 5 sekunder) = 49,4 meter /sekund.

För att bestämma totalhastighet (Vtotal) baserat på horisontell hastighet (Vh) och vertikal hastighet (Vv) som bestäms i de två sista stegen använder vi formeln: Vtotal = kvadratroten av (Vv kvadrat + Vh kvadrat). Med hjälp av siffrorna i tidigare steg skulle vi få: Vtotal = kvadratroten av (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = kvadratroten av (100 + 2440) = ca 50 meter /sekund.

Nästa , vi måste bestämma accelerationen av vår projektil (Aproj) genom att ta projektilens initialhastighet (Vinitial) och dela den vid den tidpunkt det tog för att nå den hastigheten (Tinitial). Så, om Tinitial är 0,25 sekunder: Aproj = Vinitial /Tinitial = 50 /0.25 = 200 meter /sekund ^ 2.

Multiplicera denna acceleration (Aproj) av projektilens massa (Mproj) och du har mängden kraft som utövas av katapulten (Fcat) på projektilen. Så om Mproj är 1 kilo: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m /sekund ^ 2 = 200 Newtons (en standard kraftenhet).

TL; DR (För länge; Didn 't Read)

Det är bäst att använda en metrisk måttband för att spela in data eftersom den enklaste siffran för acceleration av tyngdkraften (-9,8 meter /sekund ^ 2) är i metrisk.

Varning

Innan du bränner din katapult, se till att det inte kommer att skada människor eller egendom.