Πώς λειτουργεί ένας καταπέλτης;

ο καταπέλτης είναι ένα αντικείμενο γοητείας για μικρά παιδιά και άλλους που, για παράδειγμα, παρακολουθούν ταινίες που απεικονίζουν πόλεμο κατά τη Μεσαιωνική εποχή ή επισκέπτονται ένα μουσείο με όπλα από αιώνες πριν.

Οι καταπέλτες διατίθενται σε διάφορες βασικές μορφές. Αυτό με το οποίο ίσως είναι πιο εξοικειωμένο είναι αναμφισβήτητα το πιο δραματικό, σαρώνει ένα μεγάλο τόξο πριν αποστείλει το περιεχόμενό του προς ό, τι ατυχές στόχο ή στόχους βρίσκονται κάτω.

Η φυσική Catapult προσφέρει μια ωραία εισαγωγή στον κόσμο της κίνησης βλήματος, που ασχολείται με καταστάσεις "ελεύθερης πτώσης", δηλαδή, προβλήματα στα οποία η μόνη δύναμη που επηρεάζει ένα κινούμενο σωματίδιο είναι αυτή που προκύπτει από την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας (συνήθως Γη).

Οι πρώτοι γνωστοί καταπέλτες χτίστηκαν περίπου 400 π.Χ. στην Ελλάδα. Το πιο πρώιμο μοντέλο έμοιαζε με ένα παραδοσιακό τόξο, στο οποίο ένα βέλος εκτοξεύεται προς τα εμπρός (δηλαδή, παράλληλο προς το έδαφος εκτός εάν ο μηχανισμός έχει γωνία προς τα πάνω). Στην πραγματικότητα, ένα παραδοσιακό σφεντόνα, αν και φαίνεται ως παιχνίδι για μερικούς, είναι ένα είδος καταπέλτη αυτού του είδους.

Ο κύριος τύπος καταπέλτου τύπου βαλλίστρου που εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ονομάστηκε μπαλίστα. Η δύναμη δημιουργήθηκε με τη μεθοδική περιστροφή του σχοινιού, το οποίο θα πετούσε ένα δόρυ σε μεγάλες αποστάσεις σε αντίπαλους στρατούς όταν κόπηκαν τα τεντωμένα σχοινιά. Αυτή η συσκευή είχε το μειονέκτημα ότι είναι χρήσιμη μόνο εναντίον εχθρών που οι χρήστες μπορούσαν να δουν και να στοχεύσουν στενά.

Ο καταπέλτης mangonel ονομάστηκε επίσης Onager. Αν φαίνεται ότι οι Ρωμαίοι είχαν μια απάντηση σε ό, τι έκαναν οι Έλληνες στην αρχαιότητα, ή ίσως το αντίστροφο, το μαγγέλι αντιπροσωπεύει ένα ακόμη παράδειγμα.

Αυτός ο καταπέλτης μοιάζει με ένα μεταβατικό είδος μεταξύ του μπαλίστα και του παραδοσιακού καταπέλτη. Κάνει χρήση του συστροφή (ένταση γύρω από έναν άξονα) «αποθηκευμένο» σε σχοινιά, αλλά αυτά οδηγούν έναν βραχίονα «πετάγματος» όταν κόβονται αντί να εκτοξεύουν περιεχόμενα όπως βράχια ή ακόμα και φωτιά σε κίνηση «έμβολο».

Ενώ είχε μεγαλύτερη εμβέλεια από το ballista, το mangonel ήταν φημισμένα ανακριβές. Ωστόσο, ήταν ελαφρύτερο και πιο εύκολο να μετακινηθείτε από τόπο σε τόπο.

Ο βασικός σχεδιασμός ενός trebuchet είναι ένας μοχλός, με ένα βραχίονα στραμμένο προς τον εχθρό και ένα μακρύτερο χέρι είναι το επιχειρηματικό τμήμα. ένας άξονας χωρίζει τα δύο. Ένα αντίβαρο εφαρμόζεται στο βραχύτερο βραχίονα για να προσθέσει δύναμη στο σημείο που το βλήμα απελευθερώνεται από μια σφεντόνα.

Αυτός ο καταπέλτης έρχεται σε δύο μορφές. Το πρώτο, α trebuchet έλξης, χειρίστηκε μια ομάδα στρατιωτών πιέζοντας προς τα κάτω το βραχίονα πριν από την απελευθέρωση. Το άλλο, α αντίθετο trebuchet, δούλεψαν οι στρατιώτες να επικεντρώσουν τις προσπάθειές τους κυρίως στο να τραβήξουν το μακρύ χέρι πριν από την απελευθέρωση.

Η επιστήμη πίσω από τους καταπέλτες εξηγείται εύκολα χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις της κίνησης βλήματος. Το βασικό πράγμα που πρέπει να θυμάστε για οποιοδήποτε πρόβλημα κίνησης βλήματος είναι ότι μόλις απελευθερωθεί το βλήμα, η μόνη δύναμη στην οποία υποβάλλεται είναι αυτή του βάρους του (που προκύπτει από τη βαρύτητα).

Όταν απελευθερώνεται ένα βλήμα, έχει οριζόντια και κάθετα στοιχεία κίνησης. Ευτυχώς για τους φυσικούς και τους μαθητές, αυτά μπορούν να αναλυθούν ξεχωριστά, καθώς η βαρύτητα δεν επηρεάζει την οριζόντια κίνηση. Το αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης παράγει μια εξίσωση για την απόσταση R που θα διανύσει ένα βλήμα εάν απελευθερωθεί με δεδομένη αρχική ταχύτητα v₀ σε καθορισμένη γωνία θ ως προς το έδαφος:

Εάν πειραματιστείτε με διαφορετικές τιμές για τη γωνία εκτόξευσης, θα διαπιστώσετε ότι η τιμή του sin 2θ έχει τη μεγαλύτερη τιμή, 1, όταν το θ είναι 45 μοίρες. Έτσι, εάν θέλετε να εκτοξεύσετε ένα βλήμα όσο το δυνατόν περισσότερο, στρέψτε το ακριβώς στα μισά του δρόμου σε ένα σημείο απευθείας από πάνω και πυροδοτήστε!

• Δείτε τους πόρους για έναν εύχρηστο οδηγό για να φτιάξετε τον δικό σας καταπέλτη μικρής κλίμακας.