Wahrscheinlich eine der berühmtesten oder berüchtigtsten Belagerungswaffen – das Katapult wurde verwendet, um Projektile in. zu werfen eine feindliche Festung, um entweder ihre Verteidigung zu schwächen oder den Willen der Beschützten zu brechen Innerhalb. Aus physikalischer Sicht ist das Katapult eigentlich ein einfacher Hebel, bei dem der Katapultarm auf einem schwenkt Drehpunkt, bis eine Querstange den Arm stoppt und das im Eimer sitzende Projektil am Ende des Arm. Wenn Sie Zugang zu einem Katapult haben oder ein einfaches herstellen - zur Bestimmung der Kraft sind nur wenige Messungen und einige einfache Berechnungen erforderlich.
Beginnen Sie mit dem Wiegen Ihres Projektils. Für die folgenden notwendigen Berechnungen notieren Sie am besten die Masse in Kilogramm.
Bevor Sie Ihr Projektil abfeuern, stellen Sie sich in Position, um zu messen: Wie lange es dauert, bis der Arm von der Ruheposition bis zum Auftreffen auf den Querstange, wie lange das Projektil braucht, um die maximale Höhe zu erreichen, wie weit das Projektil zurücklegt und wie lange es dauert, bis es aufprallt. Da sich das Katapult mit so hohen Geschwindigkeiten bewegt, möchten Sie vielleicht einen Assistenten mit Stoppuhr die Zeitmessung übernehmen lassen, verwenden Sie ein Video Kamera, um das Katapult in Aktion zu erfassen und Messungen basierend auf dem Videomaterial durchzuführen oder mehrere Versuche durchzuführen, um alle Ihre Daten zu erhalten Punkte.
Bestimmen Sie die anfängliche horizontale Geschwindigkeit vha unter Verwendung der Auftreffdistanz d des Projektils und der Zeit, die es brauchte, um dorthin zu gelangen, unter der Annahme, dass das Projektil beim Aufprall mit derselben horizontalen Geschwindigkeit flog
Bestimmen Sie die anfängliche vertikale Geschwindigkeit vv Nutzung der Zeit, die das Projektil benötigte, um seine maximale Höhe t. zu erreichenmax, die Erdbeschleunigung (9,8 Meter/Sekunde2) und die vertikale Geschwindigkeit bei maximaler Höhe, die Null ist:
Zur Bestimmung der Gesamtgeschwindigkeit vgesamt basierend auf der horizontalen Geschwindigkeit vha und Vertikalgeschwindigkeit vv wie in den letzten beiden Schritten bestimmt, verwenden wir die Formel:
Als nächstes müssen wir die Beschleunigung unseres Projektils bestimmeneinindem man die Anfangsgeschwindigkeit des Projektils v. nimmtgesamt und dividieren durch die Zeit, die es brauchte, um diese Geschwindigkeit t. zu erreichenInitiale. Also, wennInitiale beträgt 0,25 Sekunden: