Il catapulta è un oggetto di fascino per i bambini piccoli e altri che, ad esempio, guardano film che descrivono la guerra durante il Medioevo o visitano un museo con armi di secoli fa.
Le catapulte sono disponibili in diverse forme di base. Quello che forse ti è più familiare è probabilmente il più drammatico, che attraversa un ampio arco prima di inviare il suo contenuto verso qualsiasi bersaglio sfortunato o bersagli che si trovano nel raggio d'azione.
La fisica delle catapulte offre una bella introduzione al mondo del moto dei proiettili, che si occupa di situazioni di "caduta libera", ovvero, problemi in cui l'unica forza che colpisce una particella in movimento è quella risultante dall'accelerazione dovuta alla gravità (solitamente della Terra).
la balista
Le prime catapulte conosciute furono costruite intorno al 400 a.C. in Grecia. Il primissimo modello assomigliava a una balestra tradizionale, in cui una freccia viene espulsa in avanti (cioè parallela al suolo a meno che il meccanismo non sia inclinato verso l'alto). In effetti, una fionda tradizionale, sebbene forse vista come un giocattolo per alcuni, è una sorta di catapulta di questo tipo.
Il principale tipo di catapulta in stile balestra che emerse durante questo periodo fu chiamato balista. La forza era generata dalla torsione metodica della corda, che avrebbe scagliato una lancia a grandi distanze contro gli eserciti opposti quando le corde tese venivano tagliate. Questo dispositivo aveva lo svantaggio di essere utile solo contro nemici che gli utenti potevano vedere e mirare da vicino.
Il Mangonel
La catapulta di manganello era anche chiamata Onagro. Se sembra che i romani avessero una risposta a tutto quello che facevano i greci nell'antichità, o forse viceversa, il mangano ne rappresenta un altro esempio.
Questa catapulta sembra una specie di transizione tra la balista e la catapulta tradizionale. Fa uso di torsione (tensione attorno a un asse) "immagazzinati" in corde, ma questi guidano un braccio "lanciante" quando vengono tagliati piuttosto che scagliare contenuti come rocce o persino fuoco con un movimento "simile a un pistone".
Pur avendo una portata maggiore della balista, il mangano era notoriamente impreciso. Era, tuttavia, più leggero e più facile da spostare da un luogo all'altro.
il trabucco
Il design di base di un trabucco è una leva, con un braccio corto rivolto verso il nemico e un braccio più lungo che rappresenta la parte aziendale; un asse separa i due. Un contrappeso viene applicato al braccio più corto per aggiungere forza nel punto in cui il proiettile viene rilasciato da un'imbracatura.
Questa catapulta è disponibile in due forme. Il primo, a trabucco a trazione, è stato azionato da un gruppo di soldati che spingevano verso il basso il braccio corto prima del rilascio. L'altro, a trabucco contrappeso, ha funzionato facendo in modo che i soldati concentrassero i loro sforzi principalmente sull'abbassare il braccio lungo prima del rilascio.
Fisica della catapulta
La scienza dietro le catapulte è facilmente spiegabile usando le equazioni del moto dei proiettili. La cosa fondamentale da ricordare su qualsiasi problema di moto del proiettile è che una volta che il proiettile è stato rilasciato, l'unica forza a cui è soggetto è quella del suo stesso peso (derivante dalla gravità).
Quando un proiettile viene rilasciato, ha componenti di movimento sia orizzontali che verticali. Fortunatamente per fisici e studenti, questi possono essere analizzati separatamente, poiché la gravità non influisce sul movimento orizzontale. Il risultato di questa analisi produce un'equazione per la distanza R percorsa da un proiettile se rilasciato con una data velocità iniziale v0 ad un determinato angolo rispetto al suolo:
R = \frac{v_{0}^2sin 2\theta}{g}
Se si sperimentano valori diversi per l'angolo di lancio, si scopre che il valore di sin 2θ ha il suo valore massimo, 1, quando è 45 gradi. Quindi, se vuoi lanciare un proiettile il più lontano possibile, puntalo esattamente a metà strada verso un punto direttamente sopra la testa e spara!
- Vedi le risorse per una guida pratica per creare la tua catapulta su piccola scala.
