זה יהיה מראה מוזר אכן לצפות בתותח מתקופת ימי הביניים המונע על שדה קרב מודרני, עם מזל"טים שמתקרבים מעל טנקים ממונעים על הקרקע.
עם זאת, לא רק שהתותח היה הנשק המכני החשש ביותר בעולם במשך זמן רב מאוד, אלא גם התותח עקרונות פיזיים השולטים בצורת תנועת קליע המגולמת על ידי כדור תותח מכתיבים גם את המודרנים אקדחים. תותח, באמת, הוא פשוט סוג של אקדח שבו מסת ה"כדור "גדולה מאוד. ככזה, הוא מציית לאותם חוקים של תנועת קליעה, והבנת פיסיקת קליעה תעזור לך להבין את פיזיקת התותחים.
היסטוריה של תותחים
כדורי תותח מתוארים לעתים קרובות בסרט כמתפוצצים על השפעתם, ומביאים את רוב ההרס שלהם באמצעות פירוטכניקה. במציאות, לפני אמצע המאה ה -19, מעט קליעים יחסית תוכננו להתפוצץ לאחר השיגור. הם גרמו לנזק שלהם על ידי פגיעה בכוח קהה, תוך שימוש אדירתְנוּפָה(מסה כפול מהירות) כדי להשיג זאת.
בשנות ה -1400 ייצרו לוחמי היום כדורי תותח מצוידים בנתיכים שנועדו להתפוצץ בשטח האויב, אך זה הגיע עם סיכון כבד של תזמון רע או תותח מטעה, מה שהוביל לתוצאה הפוכה בדיוק ככוח הלוחם חיפש.
כמה גדולים כדורי תותח?
הגדלים של חפצים כבדים שהושקו בכוונה השתנו מאוד לאורך זמן, אך מבט אל אנגליה של המאה ה -18 מציע מבט על איך נראים כדורי תותחים. משרד המלחמה הלאומי השתמש בשמונה גדלים סטנדרטיים, שהקוטר שלהם עלה במרווחים של כ -1.27 ס"מ (1.27 ס"מ).
בחירה זו הייתה שימושית מכיוון שה-נפח של כדורהוא
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
איפהרהוא הרדיוס (מחצית הקוטר), ולכן המוני של עצמים בצפיפות אחידה עולים אפוא ביחס צפוי לקוביית הרדיוס. הקוטרים למעשה מעוגלים כדי לאפשר משקלים מדויקים של כדורי תותח, בין 4 ל -42 קילו במרווחים לא שווים.
פיזיקת תותחים
יש צורך בכוח רב כדי לשגר כדור תותח, שמבשר על ידי העובדה שאירועים כאלה בדרך כלל רועשים ואלימים. אבל מה שפחות אינטואיטיבי הוא שכרגע קליע עוזב את המכשיר שמניע את שיגורו,הכוח היחיד שפועל עליו מאותו רגע, אם התנגדות האוויר מוזנחת, היא כוח המשיכה של כדור הארץ(בהנחה שכדור הארץ הוא המקום בו נערך האירוע הזה).
המשמעות היא שתוכלו להתייחס לבעיית תותחי תנועה של קליע כשתי בעיות נפרדות, אחת לתנועה אופקית במהירות קבועה שמקנה השיגור, ואחת לתנועה אנכית של תאוצה מתמדת בגלל התנועה הראשונית של האובייקט כלפי מעלה (אם בכלל) ותוצאות הכבידה הפועלות על כדור תותח. הפתרון נמצא על ידי הוספת אלה יחד כסכומים וקטוריים.
באופן ספציפי, בנוסף לכוח המשיכה, מה שקובע את דרכו של כדור תותח הוא שלוזווית שיגורθ ומהירות השקה (ראשונית)v0.
משוואות תנועת התותח
יש להפריד את המהירות ההתחלתית לרוחב (v0x) ואנכי (v0y) רכיבים לפתרון; אתה יכול להשיג את זה מ
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {and} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
לתנועה אופקית, יש לך
v_x (t) = v_ {0x}
שניתן להניח שלא יפחתו עד שהאובייקט יכה במשהו (כזכור, אין חיכוך בסביבה אידיאלית זו). האופקימרחק נסיעה כפונקציה של זמןtזה פשוט
x (t) = v_ {0x} t.
לתנועה אנכית יש לך
v_y (t) = v_ {0y} - gt
כאשר g = 9.8 m / s2, ו
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
זה מראה שככל שהשפעות הכבידה שוררות, המהירות האנכית עולה בכיוון השלילי (כלפי מטה).