le catapulte est un objet de fascination pour les jeunes enfants et d'autres qui, par exemple, regardent des films illustrant la guerre à l'époque médiévale ou visitent un musée présentant des armes d'il y a des siècles.
Les catapultes se présentent sous plusieurs formes de base. Celui avec lequel vous êtes peut-être le plus familier est sans doute le plus dramatique, balayant un grand arc avant d'envoyer son contenu vers une ou plusieurs cibles malheureuses se trouvant en aval.
La physique des catapultes offre une belle introduction au monde du mouvement des projectiles, qui traite des situations de "chute libre", c'est-à-dire problèmes dans lesquels la seule force affectant une particule en mouvement est celle résultant de l'accélération due à la gravité (généralement de la Terre).
La baliste
Les premières catapultes connues ont été construites vers 400 avant notre ère en Grèce. Le tout premier modèle ressemblait à une arbalète traditionnelle, dans laquelle une flèche est éjectée vers l'avant (c'est-à-dire parallèle au sol à moins que le mécanisme ne soit incliné vers le haut). En fait, une fronde traditionnelle, bien que peut-être considérée comme un jouet pour certains, est une sorte de catapulte de ce genre.
Le principal type de catapulte de style arbalète à émerger au cours de cette période s'appelait une baliste. La force était générée par la torsion méthodique de la corde, qui lançait une lance sur de grandes distances sur les armées opposées lorsque les cordes tendues étaient coupées. Cet appareil avait l'inconvénient de n'être utile que contre des ennemis que les utilisateurs pouvaient voir et viser de près.
Le Mangonel
La catapulte du mangonnel s'appelait aussi l'Onager. S'il semble que les Romains avaient une réponse à tout ce que les Grecs faisaient dans les temps anciens, ou peut-être l'inverse, le mangonnel représente un autre exemple.
Cette catapulte ressemble à une espèce de transition entre la baliste et la catapulte traditionnelle. Il fait usage de torsion (tension autour d'un axe) "stocké" dans des cordes, mais celles-ci entraînent un bras "lanceur" lorsqu'elles sont coupées plutôt que de lancer des contenus tels que des pierres ou même du feu dans un mouvement "de type piston".
Tout en ayant une plus grande portée que la baliste, le mangonnel était notoirement inexact. Il était cependant plus léger et plus facile à déplacer d'un endroit à l'autre.
Le Trébuchet
La conception de base d'un trébuchet est un levier, avec un bras court face à l'ennemi et un bras plus long étant la partie commerciale; un essieu sépare les deux. Un contrepoids est appliqué au bras le plus court pour ajouter de la force au point où le projectile est libéré d'une élingue.
Cette catapulte se présente sous deux formes. Le premier, un trébuchet à traction, a été opéré par un groupe de soldats poussant sur le bras court avant d'être relâché. L'autre, un contrepoids trébuchet, a travaillé en demandant aux soldats de concentrer leurs efforts principalement sur l'abaissement du bras long avant la libération.
Physique des catapultes
La science derrière les catapultes s'explique facilement en utilisant les équations du mouvement des projectiles. L'élément clé à retenir à propos de tout problème de mouvement de projectile est qu'une fois le projectile lâché, la seule force à laquelle il est soumis est celle de son propre poids (résultant de la gravité).
Lorsqu'un projectile est lancé, il a des composantes de mouvement horizontales et verticales. Heureusement pour les physiciens et les étudiants, ceux-ci peuvent être analysés séparément, car la gravité n'affecte pas le mouvement horizontal. Le résultat de cette analyse produit une équation pour la distance R qu'un projectile parcourra s'il est relâché avec une vitesse initiale donnée v0 à un angle spécifié par rapport au sol :
R = \frac{v_{0}^2sin 2\theta}{g}
Si vous expérimentez différentes valeurs pour l'angle de lancement, vous constatez que la valeur de sin 2θ a sa plus grande valeur, 1, lorsque est de 45 degrés. Ainsi, si vous voulez lancer un projectile aussi loin que possible, pointez-le exactement à mi-chemin vers un point situé directement au-dessus de votre tête et tirez loin !
- Consultez les ressources pour un guide pratique sur la fabrication de votre propre catapulte à petite échelle.