Наистина би било странна гледка да наблюдаваме оръдие от средновековна епоха, въртящо се върху модерно бойно поле, с безпилотни самолети, надвиснали над главата и бронирани, моторизирани танкове на земята.
Обаче не само оръдието беше най-страшното механично оръжие в света за много дълго време, но и физическите принципи, управляващи формата на движение на снаряда, въплътено от оръдие, също диктуват тези на съвременните пистолети. Всъщност оръдието е просто един вид пистолет, в който масата на "куршума" е много голяма. Като такъв той се подчинява на същите закони на движението на снаряда и разбирането на физиката на снарядите ще ви помогне да разберете физиката на оръдията.
История на оръдията
Топчетата често се изобразяват на филм като експлодиращи при удар, причинявайки по-голямата част от хаоса си чрез пиротехника. В действителност, преди средата на 1800 г., сравнително малко снаряди са проектирани да експлодират след изстрелването. Те нанесоха щетите си с тъп удар, използвайки ги огромноимпулс(маса по скорост), за да се постигне това.
През 1400 г. военачалниците на деня произвеждат оръдия, снабдени с предпазители и предназначени да експлодират във вражеска територия, но това дойде с сериозен риск от лош момент или неправилно изстрелване на оръдието, което доведе до точно обратния резултат като този на бойната сила търсена.
Колко големи са оръдията?
Размерите на целенасочено изстреляните тежки обекти варират неимоверно с течение на времето, но един поглед към Англия от 18-ти век предлага поглед върху това как всъщност са изглеждали оръдията. Националното военно министерство използва осем стандартни размера, нарастващи в диаметър на стъпки от около 1/2 инча (1,27 см).
Този избор беше полезен, тъй катообем на сферае
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
къдетоrе радиусът (половината от диаметъра), така че масите на обекти с еднаква плътност се издигат в предвидима пропорция спрямо куба на радиуса. Диаметрите всъщност бяха закръглени, за да позволят точни тегла на оръдията, от 4 до 42 паунда на неравномерни стъпки.
Оръдие Физика
Необходима е значителна сила за изстрелване на гюле, предвещавано от факта, че подобни събития обикновено са шумни и насилствени. Но по-малко интуитивното е, че в момента, когато снаряд напусне устройството, което задейства стартирането му,единствената сила, действаща върху него от този момент нататък, ако се пренебрегне въздушното съпротивление, е земната гравитация(ако приемем, че Земята е мястото, където се организира това събитие).
Това означава, че можете да третирате проблема с оръдието за движение на снаряд като два отделни проблема, единия за хоризонтално движение с постоянна скорост, придаден от изстрелването, и един за вертикално движение с постоянно ускорение поради първоначалното движение на обекта нагоре (ако има такова) и резултатите от гравитацията, действаща върху гюле. Решението се намира чрез добавяне на тези заедно като векторни суми.
По-конкретно, освен гравитацията, това, което определя пътя на оръдието, е и неговотоъгъл на изстрелванеθ истартова (начална) скоростv0.
Уравненията на движението на оръдието
Началната скорост трябва да бъде разделена на хоризонтална (v0x) и вертикални (v0г) компоненти за решаване; можете да ги получите от
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {и} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
За хоризонтално движение имате
v_x (t) = v_ {0x}
което може да се приеме, че не намалява, докато обектът не удари нещо (припомняме, че в тази идеализирана обстановка няма триене). Theхоризонталнаизминатото разстояние като функция от времетоTе просто
x (t) = v_ {0x} t.
За вертикално движение имате
v_y (t) = v_ {0y} - gt
където g = 9,8 m / s2, и
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Това показва, че тъй като въздействието на гравитацията преобладава, вертикалната скорост се увеличава в отрицателна (надолу) посока.