Sådan beregnes Catapult Force

Sandsynligvis et af de mest berømte eller berygtede belejringsvåben - blev katapulten brugt til at kaste projektiler ind i et fjendehavnes højborg i et forsøg på enten at svække dets forsvar eller bryde viljen hos de beskyttede inde. Fra et fysisk synspunkt er katapulten faktisk en simpel håndtag, med katapultarmen drejende på en fældning, indtil en tværstang stopper armen og frigiver projektilet sidder i spanden i enden af ​​armen. Hvis du har adgang til en katapult eller gør en simpel - bestemmelse af dens styrke kræver kun nogle målinger og nogle enkle beregninger.

Bestemmelse af din katapultstyrke

Start med at veje dit projektil. For de nødvendige beregninger, der følger, er det bedst at registrere massen i kilo.

Inden du starter projektilet, skal du være i position for at måle: Hvor lang tid tager armen at rejse fra hvilestilling til at ramme tværstangen, hvor lang tid projektilet tager for at nå maksimal højde, hvor langt projektilet bevæger sig og hvor lang tid det tager at nå udslag. Da katapulten flytter en sådan høj hastighed - kan du måske have en assistent med stopuroptagelse en af ​​tidsmålingene, brug et videokamera til at fange katapulten i aktion og tage målinger baseret på videooptagelsen eller bruge flere forsøg for at få alle dine datapunkter.

Bestem den indledende vandrette hastighed (Vh) ved hjælp af projektilens slagafstand (d) og hvor lang tid det tog at komme der, forudsat at projektilet var på samme rejse horisontal hastighed ved slag: (Th): Vh = d /Th. For eksempel er en afstand på 100 meter ved 10 sekunder: Vh = 100/10 = 10 meter pr. Sekund.

Bestem den indledende lodrette hastighed (Vv) ved hjælp af den tid det tog projektilet at nå sin maksimale højde (Tmax), acceleration af tyngdekraften (-9,8 meter /sekund ^ 2) og den vertikale 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 vandret hastighed (Vh) og lodret hastighed (Vv) som bestemt i de sidste to trin, bruger vi formlen: Vtotal = kvadratroden af ​​(Vv kvadrat + Vh kvadreret). Ved hjælp af tallene i de foregående trin vil vi få: Vtotal = kvadratroden af ​​(10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = kvadratroden af ​​(100 + 2440) = ca. 50 meter /sekund.

Næste , vi er nødt til at bestemme accelerationen af ​​vores projektil (Aproj) ved at tage projektilens indledende hastighed (Vinitial) og opdele den på det tidspunkt, det tog for at nå den hastighed (Tinitial). Så hvis Tinitial er 0,25 sekunder: Aproj = Vinitial /Tinitial = 50 /0.25 = 200 meter /sekund ^ 2.

Multiplicér denne acceleration (Aproj) ved projektilens masse (Mproj), og du har mængde kraft udøvet af katapulten (Fcat) på projektilet. Så hvis Mproj er 1 kilo: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m /sekund ^ 2 = 200 Newtons (en standard enhed med magt).

TL; DR (For længe; Didn 't Read)

Det er bedst at bruge et metrisk målebånd til at registrere dine data, da den enkleste figur for accelerationen af ​​tyngdekraften (-9,8 meter /sekund ^ 2) er i metrisk.

Advarsel

Før du fyrer din katapult, skal du sørge for, at det ikke vil skade mennesker eller ejendom.