Θα ήταν παράξενο να βλέπει κανείς ένα πυροβόλο μεσαιωνικής εποχής που κινείται πάνω σε ένα σύγχρονο πεδίο μάχης, με κηφήνες να ζουν γύρω από πάνω και θωρακισμένες, μηχανοκίνητες δεξαμενές στο έδαφος.
Ωστόσο, όχι μόνο το κανόνι ήταν το πιο φοβισμένο μηχανικό όπλο στον κόσμο για πολύ καιρό, αλλά και το Οι φυσικές αρχές που διέπουν τη μορφή της βλήματος που ενσωματώνεται από μια σφαίρα πυροβόλων υπαγορεύουν επίσης αυτές της σύγχρονης όπλα. Ένα πυροβόλο, στην πραγματικότητα, είναι απλά ένα είδος όπλου στο οποίο η μάζα της "σφαίρας" είναι πολύ μεγάλη. Ως εκ τούτου, υπακούει στους ίδιους νόμους της κίνησης βλήματος και η κατανόηση της φυσικής της βλήματος θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε τη φυσική των κανόνων.
Ιστορία των κανόνων
Οι μπάλες Cannon συχνά απεικονίζονται στην ταινία ως εκρήγνυται σε κρούση, προκαλώντας το μεγαλύτερο χάος τους μέσω της πυροτεχνίας. Στην πραγματικότητα, πριν από τα μέσα του 1800, συγκριτικά λίγα βλήματα σχεδιάστηκαν για να εκραγούν μετά την εκτόξευσή τους. Έκαναν τη ζημιά τους με αμβλύ δύναμη, κάνοντας χρήση τεράστιαορμή(ταχύτητα χρόνου μάζας) για να το επιτύχετε.
Στη δεκαετία του 1400, οι πολέμαρχοι της εποχής παρήγαγαν μπάλες πυροβόλων εξοπλισμένες με ασφάλειες και σχεδιάστηκαν να εκραγούν στο εχθρικό έδαφος, αλλά αυτό ήρθε με τον σοβαρό κίνδυνο κακού συγχρονισμού ή ενός πυροβόλου που έβγαλε φωτιά, οδηγώντας ακριβώς στο αντίθετο αποτέλεσμα με αυτό της μαχητικής δύναμης αναζήτησε.
Πόσο μεγάλα είναι τα Cannonballs;
Τα μεγέθη των βαρέων αντικειμένων που ξεκίνησαν σκόπιμα ποικίλλουν πολύ με την πάροδο του χρόνου, αλλά μια ματιά στην Αγγλία του 18ου αιώνα προσφέρει μια εικόνα για το πώς έμοιαζαν πραγματικά οι μπάλες. Το εθνικό υπουργείο πολέμου χρησιμοποίησε οκτώ στάνταρ μεγέθη, αυξάνοντας τη διάμετρο σε βήματα περίπου 1/2 ίντσας (1,27 cm).
Αυτή η επιλογή ήταν χρήσιμη επειδή τοόγκος μιας σφαίραςείναι
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
όπουρείναι η ακτίνα (μισή διάμετρος), έτσι οι μάζες των αντικειμένων ομοιόμορφης πυκνότητας αυξάνονται έτσι σε προβλέψιμη αναλογία με τον κύβο της ακτίνας. Οι διάμετροι ήταν πραγματικά στρογγυλεμένες για να επιτρέψουν ακριβή βάρη των μπατονιών, από 4 έως 42 λίβρες σε άνισες αυξήσεις.
Φυσική κανόνι
Χρειάζεται μεγάλη δύναμη για να ξεκινήσει κανόνι, που προαναγγέλλεται από το γεγονός ότι τέτοια γεγονότα είναι συνήθως θορυβώδη και βίαια. Αλλά αυτό που είναι λιγότερο διαισθητικό είναι ότι προς το παρόν ένα βλήμα αφήνει τη συσκευή που ενεργοποιεί την εκτόξευσή της,η μόνη δύναμη που ενεργεί από εκείνη τη στιγμή και μετά, εάν παραμεληθεί η αντίσταση του αέρα, είναι η βαρύτητα της Γης(υποθέτοντας ότι η Γη είναι εκεί όπου διοργανώνεται αυτό το γεγονός)
Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να αντιμετωπίσετε το πρόβλημα ενός κανόνι κίνησης βλήματος ως δύο ξεχωριστά προβλήματα, ένα για οριζόντια κίνηση σταθερής ταχύτητας που προσφέρεται από την εκτόξευση, και μία για κάθετη κίνηση σταθερής επιτάχυνσης λόγω της αρχικής ανοδικής κίνησης του αντικειμένου (εάν υπάρχει) και των αποτελεσμάτων της βαρύτητας που κανόνι. Η λύση βρίσκεται με την προσθήκη τους ως αθροίσματα φορέα.
Συγκεκριμένα, εκτός από τη βαρύτητα, αυτό που καθορίζει το μονοπάτι μιας κανόνι είναι το δικό τουγωνία εκτόξευσηςθ καιεκκίνηση (αρχική) ταχύτηταβ0.
Οι εξισώσεις της κίνησης Cannonball
Η αρχική ταχύτητα πρέπει να διαχωριστεί σε οριζόντια (v0x) και κάθετη (v0y) συστατικά για επίλυση · μπορείτε να τα αποκτήσετε από
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {και} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Για οριζόντια κίνηση, έχετε
v_x (t) = v_ {0x}
το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ότι δεν μειώνεται έως ότου το αντικείμενο χτυπήσει κάτι (θυμηθείτε ότι δεν υπάρχει τριβή σε αυτό το εξιδανικευμένο περιβάλλον). οοριζόντιοςαπόσταση που διανύθηκε ως συνάρτηση του χρόνουτείναι απλά
x (t) = v_ {0x} t.
Για κάθετη κίνηση, έχετε
v_y (t) = v_ {0y} - gt
όπου g = 9,8 m / s2, και
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Αυτό δείχνει ότι καθώς επικρατούν τα αποτελέσματα της βαρύτητας, η κατακόρυφη ταχύτητα αυξάνεται στην αρνητική (προς τα κάτω) κατεύθυνση.
