Jak funguje katapult?

The katapult je předmětem fascinace pro malé děti a další, kteří například sledují filmy zobrazující válku ve středověku nebo navštěvují muzeum se zbraněmi z doby před staletími.

Katapulty mají několik základních forem. Ten, s nímž jste pravděpodobně nejvíce obeznámeni, je pravděpodobně nejdramatičtější, prolétá velkým obloukem, než vysílá jeho obsah směrem k jakémukoli nešťastnému cíli nebo cílům, které leží v dosahu.

Fyzika katapultů nabízí pěkný úvod do světa pohybu projektilů, který se zabývá situacemi „volného pádu“, tj. problémy, ve kterých jedinou silou působící na pohybující se částici je síla vyplývající z gravitačního zrychlení (obvykle Země).

První známé katapulty byly postaveny někdy kolem 400 př. N. L. V Řecku. Nejranější model připomínal tradiční kuše, ve které je šipka vysunuta dopředu (tj. Rovnoběžně se zemí, pokud není mechanismus nakloněn nahoru). Ve skutečnosti je tradiční prak, i když pro někoho možná považován za hračku, jakýmsi katapultem tohoto druhu.

Hlavní typ katapultu ve stylu kuše, který se objevil během tohoto období, se nazýval balista. Síla byla generována metodickým kroucením lana, které by při řezání napnutých lan provrhlo kopí na velké vzdálenosti v protilehlých armádách. Nevýhodou tohoto zařízení bylo, že bylo užitečné pouze proti nepřátelům, na které uživatelé mohli vidět a na které se zaměřili.

Mangelův katapult byl také nazýván Onager. Pokud se zdá, že Římané měli odpověď na vše, co Řekové dělali ve starověku, nebo možná naopak, představuje mangonel ještě jeden příklad.

Tento katapult vypadá jako přechodný druh mezi balistou a tradičním katapultem. Využívá to kroucení (napětí kolem osy) „uloženo“ v lanech, ale ty při řezání pohánějí „vrhající se“ paži, spíše než vrhat obsah jako kameny nebo dokonce střílet „pístovým“ pohybem.

Ačkoli měl mangonel větší dosah než balista, byl notoricky nepřesný. Bylo to však lehčí a snadnější se pohybovat z místa na místo.

Základní konstrukcí trebuchetu je páka, přičemž krátká paže směřuje k nepříteli a delší paže je obchodní část; náprava je odděluje. Na kratší rameno se aplikuje protizávaží, aby se přidala síla v místě, kde je projektil uvolněn ze závěsu.

Tento katapult má dvě podoby. První, a trakční trebuchet, byl před propuštěním operován skupinou vojáků, kteří tlačili na krátkou ruku. Druhý, a protiváha trebuchet, pracoval tak, že nechal vojáky zaměřit své úsilí hlavně na stáhnutí dlouhé paže místo před propuštěním.

Věda o katapultech je snadno vysvětlitelná pomocí rovnic pohybu střel. Klíčovou věcí, kterou si musíte pamatovat při jakémkoli problému s pohybem střely, je to, že jakmile je projektil uvolněn, jedinou silou, které je vystaven, je síla jeho vlastní hmotnosti (vyplývající z gravitace).

Když je projektil uvolněn, má horizontální i vertikální pohybovou složku. Naštěstí pro fyziky a studenty je lze analyzovat samostatně, protože gravitace neovlivňuje horizontální pohyb. Výsledek této analýzy vytvoří rovnici pro vzdálenost R, kterou projektil projde, pokud se uvolní s danou počáteční rychlostí v₀ ve stanoveném úhlu θ vzhledem k zemi:

Pokud experimentujete s různými hodnotami úhlu spuštění, zjistíte, že hodnota sin 2θ má největší hodnotu 1, když je θ 45 stupňů. Pokud tedy chcete vystřelit projektil co nejdále, nasměrujte jej přesně do poloviny bodu přímo nad hlavu a vystřelte!

• V příručce Zdroje najdete praktického průvodce výrobou vlastního malého katapultu.