Sungguh pemandangan yang aneh untuk menyaksikan meriam era abad pertengahan meluncur ke medan pertempuran modern, dengan drone meluncur di atas kepala dan tank bermotor lapis baja di tanah.
Namun, bukan hanya meriam yang merupakan senjata mekanik yang paling ditakuti di dunia untuk waktu yang sangat lama, tetapi prinsip-prinsip fisik yang mengatur bentuk gerakan proyektil yang diwujudkan oleh bola meriam juga mendikte prinsip-prinsip modern senjata. Meriam, sebenarnya, hanyalah sejenis senjata di mana massa "peluru" sangat besar. Dengan demikian, ia mematuhi hukum gerak proyektil yang sama, dan memahami fisika proyektil akan membantu Anda memahami fisika meriam.
Sejarah Meriam
Bola meriam sering digambarkan dalam film sebagai ledakan akibat benturan, mendatangkan sebagian besar malapetaka mereka melalui kembang api. Pada kenyataannya, sebelum pertengahan 1800-an, relatif sedikit proyektil yang dirancang untuk meledak setelah diluncurkan. Mereka melakukan kerusakan mereka dengan dampak kekuatan tumpul, memanfaatkan kekuatan yang luar biasa
Pada tahun 1400-an, para panglima perang saat itu memproduksi bola meriam yang dilengkapi dengan sekering dan dirancang untuk meledak di wilayah musuh, tetapi ini datang dengan risiko besar dari waktu yang buruk atau meriam yang salah tembak, yang mengarah ke hasil yang berlawanan dengan kekuatan tempur dicari.
Seberapa Besar Cannonballs?
Ukuran benda berat yang sengaja diluncurkan telah sangat bervariasi dari waktu ke waktu, tetapi pandangan sekilas ke Inggris abad ke-18 menawarkan pandangan seperti apa sebenarnya bola meriam itu. Kementerian perang nasional menggunakan delapan ukuran standar, dengan peningkatan diameter sekitar 1/2 inci (1,27 cm).
Pilihan ini berguna karenavolume bolaaku s
V=\frac{4}{3}\pi r^3
dimanaradalah jari-jari (setengah diameter), sehingga massa benda dengan kerapatan seragam meningkat dalam proporsi yang dapat diprediksi dengan pangkat tiga jari-jari. Diameter sebenarnya dibulatkan untuk memungkinkan bobot meriam yang tepat, dari 4 hingga 42 pon dengan peningkatan yang tidak sama.
Fisika Meriam
Dibutuhkan kekuatan yang cukup besar untuk meluncurkan bola meriam, digembar-gemborkan oleh fakta bahwa peristiwa seperti itu biasanya berisik dan penuh kekerasan. Tapi apa yang kurang intuitif adalah bahwa pada saat proyektil meninggalkan perangkat yang menggerakkan peluncurannya,satu-satunya gaya yang bekerja padanya sejak saat itu, jika hambatan udara diabaikan, adalah gravitasi bumi(dengan asumsi Bumi adalah tempat acara ini dipentaskan).
Ini berarti bahwa Anda dapat memperlakukan masalah meriam gerak proyektil sebagai dua masalah terpisah, satu untuk gerakan horizontal berkecepatan konstan yang diberikan oleh peluncuran, dan satu untuk gerak vertikal percepatan konstan karena gerakan ke atas awal objek (jika ada) dan hasil gravitasi yang bekerja pada peluru meriam. Solusinya ditemukan dengan menambahkan ini bersama-sama sebagai jumlah vektor.
Secara khusus, selain gravitasi, apa yang menentukan jalur bola meriam adalahsudut peluncurandankecepatan peluncuran (awal)v0.
Persamaan Gerak Cannonball
Kecepatan awal harus dipisahkan menjadi horizontal (v0x) dan vertikal (v0 tahun) komponen untuk pemecahan; Anda bisa mendapatkan ini dari
v_{0x}=v_0\cos{\theta}\text{ dan }v_{0y}=v_0\sin{\theta}
Untuk gerakan horizontal, Anda memiliki
v_x (t) = v_{0x}
yang dapat diasumsikan tidak berkurang sampai objek menabrak sesuatu (ingat tidak ada gesekan dalam pengaturan ideal ini). Ituhorisontaljarak yang ditempuh sebagai fungsi waktuuntukadalah secara sederhana
x (t) = v_{0x}t.
Untuk gerak vertikal, Anda memiliki
v_y (t) = v_{0y} – gt
di mana g = 9,8 m/s2, dan
y (t) = v_{0y}t – (1/2)gt^2
Ini menunjukkan bahwa ketika efek gravitasi berlaku, kecepatan vertikal meningkat dalam arah negatif (ke bawah).