Sådan beregnes Catapult Force

Sandsynligvis et af de mest berømte eller berygtede beleiringsvåben - katapult blev brugt til at kaste projektiler 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, hvor katapultarmen svinger på et hjørne, 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 simpel - 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 kilogram.


Før du starter projektilet, skal du sætte dig i stand til at måle: hvor lang tid det tager armen at køre fra hvileposition til at ramme tværstangen, hvor lang tid projektilet tager at nå maksimal højde, hvor langt projektilet kører og hvor lang tid det tager at nå påvirkning. Da katapulten bevæger sig med 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.


Bestem den oprindelige horisontale hastighed (Vh) ved hjælp af projektilets slagafstand (d) og hvor lang tid det tog at komme dertil, under forudsætning af at projektilet kørte på samme vandret hastighed ved anslag: (Th): Vh \u003d d /Th. For eksempel er en afstand på 100 meter ved 10 sekunder: Vh \u003d 100/10 \u003d 10 meter per sekund.


Bestem den oprindelige lodrette hastighed (Vv) med den tid det tog projektilet at nå sin maksimale højde (Tmax), acceleration af tyngdekraften (-9,8 meter /sekund ^ 2) og den lodrette hastighed i maksimal højde, som er nul: Vv \u003d 0 - (tyngdekraft * Tmax). Så hvis projektilet tog 5 sekunder at nå maksimal højde: Vv \u003d 0 - (-9,8 * 5 sekunder) \u003d 49,4 meter /sekund.


At bestemme totalhastighed (Vtotal) baseret på vandret hastighed (Vh) og lodret hastighed (Vv) som bestemt i de sidste to trin, bruger vi formlen: Vtotal \u003d kvadratroten af (Vv kvadrat + Vh kvadrat). Ved hjælp af de tal, der er givet i de foregående trin, vil vi få: Vtotal \u003d kvadratroten af (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) \u003d kvadratroten af (100 + 2440) \u003d ca. 50 meter /sekund.


Næste , er vi nødt til at bestemme accelerationen af vores projektil (Aproj) ved at tage den oprindelige hastighed for projektilet (Vinitial) og dele det med den tid, det tog det at nå denne hastighed (Tinitial). Så hvis Tinitial er 0,25 sekunder: Aproj \u003d Vinitial /Tinitial \u003d 50 /0,25 \u003d 200 meter /sekund ^ 2.


Multiplikér denne acceleration (Aproj) med massen af projektilet (Mproj), og du har mængde kraft, der udøves af katapult (Fcat) på projektilet. Så hvis Mproj er 1 kg: Fcat \u003d Mproj x Aproj \u003d 1 x 200 \u003d 200 kg * m /sekund ^ 2 \u003d 200 Newton (en standard kraftenhed).




Tips


1. Det er bedst at bruge et metrisk båndmål til at registrere dine data, da det enkleste tal for tyngdekraktionen (-9,8 meter /sekund ^ 2) er i metrisk.
   
   
   
   
   

   Advarsler
   

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