Sería un espectáculo realmente extraño ver un cañón de la era medieval rodado en un campo de batalla moderno, con drones zumbando por encima y tanques motorizados blindados en el suelo.
Sin embargo, no solo fue el cañón el arma mecánica más temida del mundo durante mucho tiempo, sino que Los principios físicos que gobiernan la forma de movimiento de un proyectil encarnado por una bala de cañón también dictan los de la pistolas. Un cañón, en realidad, es simplemente una especie de arma en la que la masa de la "bala" es muy grande. Como tal, obedece a las mismas leyes del movimiento de los proyectiles, y comprender la física de los proyectiles te ayudará a comprender la física de los cañones.
Historia de los cañones
Las balas de cañón a menudo se representan en las películas como explosiones al impactar, causando la mayor parte de sus estragos a través de la pirotecnia. En realidad, antes de mediados del siglo XIX, se diseñaron comparativamente pocos proyectiles para explotar después del lanzamiento. Hicieron su daño con un impacto de fuerza contundente, haciendo uso de tremendos
En la década de 1400, los señores de la guerra de la época produjeron balas de cañón equipadas con mechas y diseñadas para explotar en territorio enemigo, pero esto vino con el grave riesgo de un mal momento o un cañón fallido, lo que llevó precisamente al resultado opuesto al de la fuerza de combate buscado.
¿Qué tamaño tienen las balas de cañón?
Los tamaños de los objetos pesados lanzados a propósito han variado enormemente a lo largo del tiempo, pero un vistazo a la Inglaterra del siglo XVIII ofrece una idea de cómo eran realmente las balas de cañón. El ministerio de guerra nacional usó ocho tamaños estándar, aumentando de diámetro en incrementos de aproximadamente 1/2 pulgada (1,27 cm).
Esta elección fue útil porque elvolumen de una esferaes
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
dónderes el radio (la mitad del diámetro), por lo que las masas de los objetos de densidad uniforme aumentan en una proporción predecible al cubo del radio. En realidad, los diámetros se redondearon para permitir pesos exactos de balas de cañón, de 4 a 42 libras en incrementos desiguales.
Física del cañón
Se necesita una fuerza considerable para lanzar una bala de cañón, anunciada por el hecho de que tales eventos suelen ser ruidosos y violentos. Pero lo que es menos intuitivo es que en el instante en que un proyectil abandona el dispositivo que impulsa su lanzamiento,la única fuerza que actúa sobre él a partir de ese momento, si se descuida la resistencia del aire, es la gravedad de la Tierra(asumiendo que la Tierra es donde se realiza este evento).
Esto significa que puede tratar un problema de cañón de movimiento de proyectil como dos problemas separados, uno para el movimiento horizontal de velocidad constante impartido por el lanzamiento, y uno para el movimiento vertical de aceleración constante debido tanto al movimiento ascendente inicial del objeto (si lo hay) como a los resultados de la gravedad que actúa sobre el bala de cañón. La solución se encuentra sumando estos juntos como sumas vectoriales.
En concreto, además de la gravedad, lo que determina la trayectoria de una bala de cañón son susángulo de lanzamientoθ yvelocidad de lanzamiento (inicial)v0.
Las ecuaciones del movimiento de la bala de cañón
La velocidad inicial debe separarse en horizontal (v0x) y vertical (v0 años) componentes para resolver; puede obtener estos de
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {y} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Para el movimiento horizontal, tienes
v_x (t) = v_ {0x}
que se puede suponer que no disminuye hasta que el objeto golpea algo (recuerde que no hay fricción en este escenario idealizado). Lahorizontaldistancia recorrida en función del tiempotes simple
x (t) = v_ {0x} t.
Para el movimiento vertical, tienes
v_y (t) = v_ {0y} - gt
donde g = 9,8 m / s2, y
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Esto muestra que a medida que prevalecen los efectos de la gravedad, la velocidad vertical aumenta en la dirección negativa (hacia abajo).