Det ville faktisk være et underligt syn at se en kanon fra middelalderen trille ind på et moderne kampfelt med droner, der zoomer omkring overhead og pansrede, motoriserede tanke på jorden.
Imidlertid var ikke kun kanonen det mest frygtede mekaniske våben i verden i meget lang tid, men også fysiske principper, der styrer formen af en projektilbevægelse, der er inkorporeret af en kanonkugle, dikterer også moderne kanoner. En kanon er virkelig simpelthen en slags pistol, hvor "kuglens" masse er meget stor. Som sådan adlyder den de samme love om projektilbevægelse, og forståelse af projektilfysik hjælper dig med at forstå kanonfysik.
Kanonernes historie
Kanonkugler er ofte afbildet i film som eksploderende ved påvirkning, hvilket ødelægger det meste af deres kaos gennem pyroteknik. I virkeligheden blev der inden midten af 1800-tallet forholdsvis få projektiler designet til at eksplodere efter lanceringen. De gjorde deres skade ved stump kraftpåvirkning og brugte enormemomentum(masse gange hastighed) for at opnå dette.
I 1400'erne producerede krigsherrerne kanonkugler udstyret med sikringer og designet til at eksplodere på fjendens territorium, men dette kom med den alvorlige risiko for dårlig timing eller en misfiring kanon, hvilket førte til nøjagtigt det modsatte resultat som den, der kæmpede styrken søgte.
Hvor store er kanonkugler?
Størrelserne på målrettet lancerede tunge genstande har varieret enormt over tid, men et blik på det 18. århundrede England giver et overblik over, hvordan kanonkugler faktisk lignede. Det nationale krigsministerium brugte otte standardstørrelser, der steg i diameter i intervaller på ca. 1/2 tomme (1,27 cm).
Dette valg var nyttigt, fordivolumen af en kugleer
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
hvorrer radius (halv diameter), så masserne af objekter med ensartet tæthed stiger således i forudsigeligt forhold til radiusens terning. Diameterne blev faktisk afrundet for at give mulighed for nøjagtige vægte af kanonkugler, fra 4 til 42 pund i ulige intervaller.
Kanonfysik
Det kræver betydelig styrke at lancere en kanonkugle, indvarslet af det faktum, at sådanne begivenheder typisk er støjende og voldelige. Men hvad der er mindre intuitivt er, at et projektil i øjeblikket forlader enheden, der driver lanceringen,den eneste kraft, der virker på det fra det øjeblik, hvis jordmodstand forsømmes, er jordens tyngdekraft(forudsat at Jorden er hvor denne begivenhed bliver iscenesat).
Dette betyder, at du kan behandle et projektil-bevægelseskanonproblem som to separate problemer, et for vandret bevægelse med konstant hastighed, som bibringes ved lanceringen, og en til vertikal bevægelse med konstant acceleration på grund af både objektets oprindelige opadgående bevægelse (hvis nogen) og resultaterne af tyngdekraften, der virker på kanonkugle. Løsningen findes ved at tilføje disse sammen som vektorsummer.
Specifikt ud over tyngdekraften er det, der bestemmer stien til en kanonkugle, densstartvinkelθ ogstarthastighed (start)v0.
Ligningerne af Cannonball Motion
Starthastigheden skal opdeles i vandret (v0x) og lodret (v0y) komponenter til løsning du kan få disse fra
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {og} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
For vandret bevægelse har du
v_x (t) = v_ {0x}
som kan antages at ikke mindskes, før objektet rammer noget (husk, der er ingen gnidning i denne idealiserede indstilling). Detvandrettilbagelagt afstand som en funktion af tidenter simpelthen
x (t) = v_ {0x} t.
For lodret bevægelse har du
v_y (t) = v_ {0y} - gt
hvor g = 9,8 m / s2og
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Dette viser, at når virkningerne af tyngdekraften hersker, stiger den lodrette hastighed i negativ retning (nedad).