Kuinka katapultti toimii?

ritsa on kiehtova kohde pienille lapsille ja muille, jotka esimerkiksi katsovat elokuvia, jotka kuvaavat sodankäyntiä keskiajalla, tai vierailevat museossa, jossa on vuosisatoja sitten aseita.

Katapultteja on useita perusmuotoja. Se, jonka tunnet ehkä eniten, on kiistatta dramaattisin, lakaisee suuren kaaren läpi, ennen kuin lähetät sen sisällön mihin tahansa valitettavaan kohteeseen tai kohteisiin, jotka ovat alimmaisia.

Katapulttifysiikka tarjoaa mukavan johdannon ammuksen liikkeen maailmaan, joka käsittelee "vapaapudotuksia", toisin sanoen ongelmat, joissa ainoa liikkuvaan hiukkaseen vaikuttava voima on painovoiman aiheuttama kiihtyvyys (yleensä Maapallon).

Ensimmäiset tunnetut katapultit rakennettiin noin 400 eaa Kreikassa. Aikaisin malli muistutti perinteistä varsijousta, jossa nuoli työnnetään eteenpäin (ts. Maan suuntaisesti, ellei mekanismia ole kulmassa ylöspäin). Itse asiassa perinteinen ritsa, vaikka sitä pidetäänkin joillekin leluna, on eräänlainen tämän tyyppinen katapultti.

Tänä aikana syntyvää varsijoustyylistä katapulttia kutsuttiin ballistaksi. Voima syntyi köyden metodisella vääntämisellä, joka heittäisi keihään suuria etäisyyksiä vastakkaisiin armeijoihin, kun kireät köydet leikattiin. Tällä laitteella oli se haitta, että se oli hyödyllinen vain vihollisia vastaan, jotka käyttäjät voisivat nähdä ja joihin he voivat kohdistaa tarkasti.

Mangonelikatapulttia kutsuttiin myös Onageriksi. Jos näyttää siltä, ​​että roomalaisilla olisi vastaus kaikkeen, mitä kreikkalaiset tekivät muinaisina aikoina, tai ehkä päinvastoin, mangonel edustaa vielä yhtä esimerkkiä.

Tämä katapultti näyttää siirtymälajilta ballistan ja perinteisen katapultin välillä. Se käyttää vääntö (kiristys akselin ympäri) "varastoitu" köysiin, mutta ne ajavat "heiluttavaa" käsivarsi leikattaessa sen sijaan, että heittäisivät sisältöä, kuten kiviä tai jopa tulta "männän kaltaisessa" liikkeessä.

Vaikka mangonelillä oli suurempi kantama kuin ballistalla, se oli tunnetusti epätarkka. Se oli kuitenkin kevyempää ja helpompaa liikkua paikasta toiseen.

Trebuchetin perusrakenne on vipu, jossa lyhyt käsivarsi on vihollista päin ja pidempi varsi on liikeosa; akseli erottaa nämä kaksi. Lyhyemmälle varrelle kohdistetaan vastapaino voiman lisäämiseksi siinä kohdassa, missä ammuksen irrotetaan nostoliinasta.

Tätä katapulttia on kahta muotoa. Ensimmäinen, a veto trebuchet, käytti joukko sotilaita, jotka työnsivät alas lyhyen käsivarren ennen vapauttamista. Toinen, a vastapaino trebuchet, työskenteli saamalla sotilaat keskittämään ponnistelunsa pääasiassa pitkän käden vetämiseen sen sijaan ennen vapauttamista.

Katapulttien takana oleva tiede on helposti selitettävissä ammuksen liikkeen yhtälöillä. Kaikista ammuksen liikeongelmista on tärkeintä muistaa, että kun ammus on vapautettu, ainoa voima, jolle se altistuu, on sen oma paino (joka johtuu painovoimasta).

Kun ammus vapautetaan, sillä on sekä vaaka- että pystysuuntaiset liikekomponentit. Fyysikoiden ja opiskelijoiden onneksi niitä voidaan analysoida erikseen, koska painovoima ei vaikuta vaakasuuntaiseen liikkeeseen. Tämän analyysin tulos tuottaa yhtälön etäisyydelle R, jonka ammus kulkee, jos se vapautetaan tietyllä alkunopeudella v₀ määrätyssä kulmassa θ maanpinnan suhteen:

Jos kokeilet erilaisia ​​laukaisukulman arvoja, huomaat, että sin 22: n arvolla on suurin arvo 1, kun θ on 45 astetta. Jos siis haluat laukaista ammuksen niin pitkälle kuin mahdollista, osoita se täsmälleen puoliväliin pisteeseen, joka on suoraan yläpuolella ja ammu!

• Katso Resursseista kätevä opas oman pienimuotoisen katapultin tekemiseen.