Valójában különös látvány lenne egy középkori korú ágyút nézni, amely egy modern harctérre kerekszik, a drónokkal pedig a felső és a páncélozott, motoros harckocsik körül zoomolnak.
Azonban nemcsak az ágyú volt a világ legféltettebb fegyvere a világon sokáig, hanem az az ágyúgolyó által megtestesített lövedékmozgás formáját szabályozó fizikai elvek szintén a moderneket diktálják fegyverek. Az ágyú valójában egyszerűen egyfajta fegyver, amelyben a "golyó" tömege nagyon nagy. Mint ilyen, a lövedék mozgásának ugyanazokat a törvényeit betartja, és a lövedékfizika megértése segít megérteni az ágyúfizikát.
Az ágyúk története
Az ágyúgolyókat a filmben gyakran úgy ábrázolják, mint amelyek robbannak az ütközéskor, és a pirotechnikai eszközökkel pusztítják pusztulásukat. A valóságban az 1800-as évek közepe előtt viszonylag kevés lövedéket terveztek felrobbanni az indítás után. Tompa erővel okozták kárukat, hatalmasat kihasználvalendület(tömeg és sebesség sebessége) ennek megvalósításához.
Az 1400-as években az akkori hadurak biztosítékkal felszerelt ágyúgolyókat állítottak elő, amelyeket az ellenség területén felrobbantásra terveztek, de ez a rossz időzítés vagy a rosszul működő ágyú súlyos kockázatával járt, ami éppen ellenkező eredményhez vezetett, mint a harci erő keresett.
Mekkorák az ágyúgolyók?
A céltudatosan elindított nehéz tárgyak mérete az idők folyamán óriási mértékben változott, de a 18. századi Angliára pillantva betekintést nyerhetünk az ágyúgolyók valójában kinézetébe. Az országos hadügyminisztérium nyolc szabványos méretet alkalmazott, átmérőjük körülbelül 1,27 cm-es lépésekben nőtt.
Ez a választás azért volt hasznos, mert agömb térfogatavan
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
holra sugár (az átmérő fele), tehát az egyenletes sűrűségű tárgyak tömege így kiszámítható arányban emelkedik a sugár kockájához. Az átmérőket valójában kerekítették, hogy lehetővé tegyék az ágyúgolyók pontos tömegét, 4 és 42 font között egyenlőtlen lépésekben.
Ágyúfizika
Jelentős erőt igényel egy ágyúgolyó elindítása, amelyet beharangoz az a tény, hogy az ilyen események általában zajosak és erőszakosak. De kevésbé intuitív, hogy egy lövedék pillanatnyilag elhagyja a dobást működtető eszközt,az egyetlen erő, amely ettől a pillanattól kezdve hat, ha a légellenállást elhanyagoljuk, a Föld gravitációja(feltételezve, hogy a Földet rendezik itt).
Ez azt jelenti, hogy a lövedék-mozgás ágyúproblémát két külön problémaként kezelheti, az egyiket az indítás által okozott állandó sebességű vízszintes mozgáshoz, és az egyik az állandó gyorsulású függőleges mozgáshoz mind az objektum kezdeti felfelé irányuló mozgása (ha van ilyen), mind a gravitáció hatására. ágyúgolyó. A megoldást úgy találjuk meg, hogy ezeket összeadjuk vektorösszegként.
Pontosabban, a gravitáció mellett az az ágyúgolyó útját határozza megindítási szögθ ésindítási (kezdeti) sebességv0.
Az ágyúgolyó mozgásának egyenletei
A kezdeti sebességet vízszintesre kell választani (v0x) és függőleges (v0y) alkatrészek a megoldáshoz; ezeket beszerezheti
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {és} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
A vízszintes mozgáshoz megvan
v_x (t) = v_ {0x}
amelyről feltételezhető, hogy addig nem csökken, amíg az objektum el nem üt valamit (emlékezzünk arra, hogy ebben az idealizált környezetben nincs súrlódás). Avízszintesa megtett távolság az idő függvényébentegyszerűen
x (t) = v_ {0x} t.
A függőleges mozgáshoz megvan
v_y (t) = v_ {0y} - gt
ahol g = 9,8 m / s2, és
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Ez azt mutatja, hogy a gravitáció hatásainak érvényesülésével a függőleges sebesség negatív (lefelé) irányban növekszik.