Ce serait en effet un spectacle étrange de voir un canon de l'époque médiévale rouler sur un champ de bataille moderne, avec des drones zoomant au-dessus de la tête et des chars blindés motorisés au sol.
Cependant, non seulement le canon a longtemps été l'arme mécanique la plus redoutée au monde, mais le les principes physiques régissant la forme du mouvement du projectile incarné par un boulet de canon dictent également ceux de la modernité armes à feu. Un canon, en réalité, est simplement une sorte de canon dans lequel la masse de la "balle" est très importante. En tant que tel, il obéit aux mêmes lois du mouvement des projectiles, et comprendre la physique des projectiles vous aidera à comprendre la physique des canons.
Histoire des canons
Les boulets de canon sont souvent représentés dans les films comme explosant à l'impact, causant la plupart de leurs ravages grâce à la pyrotechnie. En réalité, avant le milieu des années 1800, relativement peu de projectiles étaient conçus pour exploser après le lancement. Ils ont fait leurs dégâts par impact contondant, en utilisant d'énormes
Dans les années 1400, les chefs de guerre de l'époque produisaient des boulets de canon équipés de détonateurs et conçus pour exploser en territoire ennemi, mais ce est venu avec le risque grave d'un mauvais timing ou d'un canon raté, conduisant exactement au résultat opposé à celui de la force de combat recherché.
Quelle est la taille des boulets de canon ?
La taille des objets lourds lancés à dessein a énormément varié au fil du temps, mais un coup d'œil sur l'Angleterre du XVIIIe siècle offre une idée de ce à quoi ressemblaient les boulets de canon. Le ministère national de la Guerre a utilisé huit tailles standard, augmentant de diamètre par incréments d'environ 1/2 pouce (1,27 cm).
Ce choix était utile car levolume d'une sphèreest
V=\frac{4}{3}\pi r^3
oùrest le rayon (la moitié du diamètre), de sorte que les masses d'objets de densité uniforme augmentent ainsi dans une proportion prévisible au cube du rayon. Les diamètres étaient en fait arrondis pour permettre le poids exact des boulets de canon, de 4 à 42 livres par incréments inégaux.
Physique du canon
Il faut une puissance considérable pour lancer un boulet de canon, annoncé par le fait que de tels événements sont généralement bruyants et violents. Mais ce qui est moins intuitif, c'est qu'à l'instant où un projectile quitte l'appareil qui alimente son lancement,la seule force agissant sur lui à partir de ce moment, si la résistance de l'air est négligée, est la gravité terrestre(en supposant que la Terre est l'endroit où cet événement est mis en scène).
Cela signifie que vous pouvez traiter un problème de canon à mouvement de projectile comme deux problèmes distincts, l'un pour le mouvement horizontal à vitesse constante imparti par le lancement, et un pour le mouvement vertical à accélération constante en raison à la fois du mouvement ascendant initial de l'objet (le cas échéant) et des résultats de la gravité agissant sur le boulet de canon. La solution est trouvée en les additionnant sous forme de sommes vectorielles.
Concrètement, en plus de la gravité, ce qui détermine la trajectoire d'un boulet de canon, ce sont sesangle de lancementetvitesse de lancement (initiale)v0.
Les équations du mouvement du boulet de canon
La vitesse initiale doit être séparée en horizontale (v0x) et verticale (v0y) composants à résoudre; vous pouvez les obtenir auprès de
v_{0x}=v_0\cos{\theta}\text{ et }v_{0y}=v_0\sin{\theta}
Pour un mouvement horizontal, vous avez
v_x (t) = v_{0x}
qui peut être supposé ne pas diminuer jusqu'à ce que l'objet frappe quelque chose (rappelez-vous qu'il n'y a pas de friction dans ce cadre idéalisé). lehorizontaldistance parcourue en fonction du tempstest simplement
x (t) = v_{0x}t.
Pour le mouvement vertical, vous avez
v_y (t) = v_{0y} – gt
où g = 9,8 m/s2, et
y (t) = v_{0y}t – (1/2)gt^2
Cela montre que lorsque les effets de la gravité prévalent, la vitesse verticale augmente dans le sens négatif (vers le bas).