Zaista bi bio neobičan prizor promatrati topove srednjovjekovne ere kako se zavijaju na moderno bojno polje, a bespilotni letjelice zumiraju iznad glave i oklopljeni, motorizirani tenkovi na zemlji.
Međutim, ne samo da je top vrlo dugo bio najviše strahovano mehaničko oružje na svijetu, već i fizikalni principi koji upravljaju oblikom kretanja projektila utjelovljenim topovskom kuglom također diktiraju one moderne puške. Top je, zapravo, jednostavno vrsta pištolja u kojem je masa "metka" vrlo velika. Kao takav, pokorava se istim zakonima kretanja projektila, a razumijevanje fizike projektila pomoći će vam da razumijete fiziku topova.
Povijest topova
Topovske kugle su često prikazane u filmu kako eksplodiraju pri udaru, stvarajući većinu pustoši pirotehničkim sredstvima. U stvarnosti, prije sredine 1800-ih, relativno malo projektila bilo je dizajnirano da eksplodira nakon lansiranja. Štetu su nanijeli tupim udarcem, koristeći se silnozamah(masa pomnožena s brzinom) da bi se to postiglo.
U 1400-ima, zapovjednici dana proizveli su topovske kugle opremljene osiguračima i dizajnirane za eksploziju na neprijateljskom teritoriju, ali ovo došao s velikim rizikom od lošeg vremena ili pogrešnog topa, što je dovelo do upravo suprotnog rezultata od onog koji je imala borbena snaga tražili.
Koliko su velike topovske kugle?
Veličine namjerno lansiranih teških predmeta strahovito su se mijenjale tijekom vremena, ali pogled na Englesku iz 18. stoljeća pruža pogled na to kako su topovske kugle zapravo izgledale. Nacionalno ministarstvo rata koristilo je osam standardnih veličina, promjera dižući se u koracima od oko 1,27 inča (1,27 cm).
Ovaj je izbor bio koristan jervolumen kugleje
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
gdjerje radijus (polovica promjera), pa se mase predmeta jednolike gustoće podižu u predvidivom omjeru s kockom radijusa. Promjeri su zapravo zaokruženi kako bi se omogućile točne težine topovskih zrna, od 4 do 42 kilograma u nejednakim koracima.
Topovska fizika
Potrebna je znatna snaga za lansiranje topovske kugle, najavljene činjenicom da su takvi događaji obično bučni i nasilni. Ali ono što je manje intuitivno jest da u trenutku kada projektil napusti uređaj koji pokreće njegovo lansiranje,jedina sila koja na njega djeluje od tog trenutka dalje, ako se zanemari otpor zraka, je Zemljina gravitacija(pod pretpostavkom da je Zemlja mjesto na kojem se odvija ovaj događaj).
To znači da problem s topovima s projektilom možete tretirati kao dva odvojena problema, jedan za horizontalno kretanje konstantne brzine koje im daje lansiranje, i jedan za vertikalno kretanje s konstantnim ubrzanjem zahvaljujući početnom kretanju objekta prema gore (ako postoji) i rezultatima gravitacije koja djeluje na topovska kugla. Rješenje se pronalazi njihovim zbrajanjem u obliku vektorskih zbrojeva.
Konkretno, uz gravitaciju, ono što određuje put topovske kugle jesu i njezinikut lansiranjaθ ilansirna (početna) brzinav0.
Jednadžbe kretanja topovskog zrna
Početna brzina mora biti odvojena na vodoravnu (v0x) i okomito (v0g) komponente za rješavanje; možete ih dobiti kod
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {i} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Za vodoravno kretanje imate
v_x (t) = v_ {0x}
za koje se može pretpostaviti da se ne smanjuju dok objekt ne udari u nešto (podsjetimo da u ovom idealiziranom okruženju nema trenja). Thevodoravnoprijeđena udaljenost u ovisnosti o vremenutje jednostavno
x (t) = v_ {0x} t.
Za vertikalno kretanje imate
v_y (t) = v_ {0y} - gt
gdje je g = 9,8 m / s2, i
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
To pokazuje da kako prevladavaju učinci gravitacije, vertikalna brzina raste u negativnom (silaznom) smjeru.