Förmodligen ett av de mest berömda eller beryktade beläggningsvapnen - katapulten användes för att kasta projektiler till en fiendens fäste i ett försök att antingen försvaga sitt försvar eller bryta viljan hos de skyddade inuti. Ur fysikperspektiv är katapulten faktiskt en enkel spak, med katapultarmen svängande på ett stöd, tills en tvärstång stoppar armen och släpper projektilen som sitter i skopan i slutet av armen. Om du har tillgång till en katapult eller gör en enkel - att bestämma kraften i den kräver bara några mätningar och några enkla beräkningar.
Bestämma kraften i din katapult
Börja med att väga din projektil. För de nödvändiga beräkningarna som följer är det bäst att registrera massan i kilogram.
Innan du startar din projektil, gå i position för att mäta: hur lång tid det tar armen att resa från viloläge till att träffa tvärstången, hur lång tid projektilen tar för att nå maximal höjd, hur långt projektilen reser och hur lång tid det tar att nå effekt. Eftersom katapultet flyttar så höga hastigheter - kanske du vill ha en assistent med ett stoppurövertagande en av tidmätningarna, använd en videokamera för att fånga katapulten i aktion och göra mätningar baserade på videofilmerna, eller använd flera försök för att få alla dina datapunkter.
Bestäm den ursprungliga horisontella hastigheten (Vh) med hjälp av projektilens slagavstånd (d) och hur lång tid det tog att komma dit, förutsatt att projektilen rörde sig på samma sätt horisontell hastighet vid slag: (Th): Vh \u003d d /Th. Exempelvis är ett avstånd på 100 meter vid 10 sekunder: Vh \u003d 100/10 \u003d 10 meter per sekund.
Bestäm den initiala vertikala hastigheten (Vv) med den tid det tog projektilen att nå sin maximala höjd (Tmax), tyngdens acceleration (-9,8 meter /sekund ^ 2) och den vertikala hastigheten i maximal höjd, som är noll: Vv \u003d 0 - (tyngdkraften * Tmax). Så om projektilen tog 5 sekunder för att nå maximal höjd: Vv \u003d 0 - (-9,8 * 5 sekunder) \u003d 49,4 meter /sekund.
Att bestämma total hastighet (Vtotal) baserat på horisontell hastighet (Vh) och vertikal hastighet (Vv) som bestämts i de två sista stegen, använder vi formeln: Vtotal \u003d kvadratroten av (Vv kvadrat + Vh kvadrat). Med hjälp av siffrorna i tidigare steg skulle vi få: Vtotal \u003d kvadratroten av (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) \u003d kvadratroten av (100 + 2440) \u003d cirka 50 meter /sekund.
Nästa , måste vi bestämma accelerationen för vår projektil (Aproj) genom att ta projektilens initiala hastighet (Vinitial) och dela den med den tid det tog att nå den hastigheten (Tinitial). Så om Tinitial är 0,25 sekunder: Aproj \u003d Vinitial /Tinitial \u003d 50 /0,25 \u003d 200 meter /sekund ^ 2.
Multiplicera denna acceleration (Aproj) med projektilmassan (Mproj) och du har mängden kraft som utövas av katapult (Fcat) på projektilen. Så om Mproj är 1 kilo: Fcat \u003d Mproj x Aproj \u003d 1 x 200 \u003d 200 kg * m /sekund ^ 2 \u003d 200 Newton (en standardkraftenhet).
Tips
Det är bäst att använda en metrisk måttband för att spela in dina data eftersom den enklaste siffran för acceleration av tyngdkraften (-9,8 meter /sekund ^ 2) är i metrisk.
Varningar
Innan du skjuter din katapult, se till att den inte kommer att orsaka skador på människor eller egendom.
