中世の大砲が現代の戦場に運ばれ、ドローンが頭上をズームし、装甲された電動戦車が地上にあるのを見るのは、実に奇妙な光景でしょう。
しかし、大砲は非常に長い間世界で最も恐れられていた機械兵器であっただけでなく、 大砲の球によって具現化された投射物の動きの形を支配する物理的原理はまた、現代のものを指示します 銃。 大砲は、実際には、「弾丸」の質量が非常に大きい一種の銃です。 このように、それは投射物の動きの同じ法則に従います、そして、投射物の物理学を理解することはあなたが大砲の物理学を理解するのを助けるでしょう。
大砲の歴史
砲弾はしばしば衝撃で爆発し、花火を通して大混乱のほとんどを破壊するものとして映画に描かれています。 実際には、1800年代半ば以前は、発射後に爆発するように設計された発射体は比較的少数でした。 彼らは、途方もない力を利用して、鈍い力の衝撃によってダメージを与えました勢い（質量×速度）これを達成するために。
1400年代に、当時の武将はヒューズを備え、敵の領土で爆発するように設計された砲弾を製造しましたが、これは タイミングの悪さや大砲の失火という重大なリスクが伴い、戦闘部隊とは正反対の結果につながりました。 求めた。
キャノンボールの大きさはどれくらいですか？
意図的に発射された重い物体のサイズは時間の経過とともに大きく変化しましたが、18世紀のイギリスを一目見れば、砲弾が実際にどのように見えたかがわかります。 国家戦争省は8つの標準サイズを使用し、直径が約1/2インチ（1.27 cm）ずつ増加しました。
この選択は、球の体積です
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
どこrは半径（直径の半分）であるため、均一密度のオブジェクトの質量は、半径の3乗に比例して予測可能な割合で上昇します。 直径は実際には、砲弾の正確な重量を考慮して、4ポンドから42ポンドまで不均等な増分で丸められています。
キャノン物理学
そのようなイベントは通常騒々しくて暴力的であるという事実によって予告されて、砲弾を発射するのにかなりの力が必要です。 しかし、直感的ではないのは、発射体が発射装置を離れる瞬間に、発射物を動かすということです。その瞬間からそれに作用する唯一の力は、空気抵抗が無視された場合、地球の重力です（地球がこのイベントが上演されている場所であると仮定します）。
これは、発射体運動の大砲の問題を2つの別々の問題として扱うことができることを意味します。1つは発射によって与えられる一定速度の水平運動に関するものです。 1つは、オブジェクトの最初の上向きの動き（存在する場合）と重力の結果の両方による一定加速度の垂直方向の動きです。 キャノンボール。 解決策は、これらをベクトル和として加算することによって見つけられます。
具体的には、重力に加えて、砲弾の進路を決定するのは発射角度θと起動（初期）速度v0.
キャノンボールモーションの方程式
初速度は水平（v0x）および垂直（v0年）解決するためのコンポーネント。 これらはから入手できます
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {および} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
水平方向の動きの場合、
v_x（t）= v_ {0x}
これは、オブジェクトが何かにぶつかるまで減少しないと想定できます（この理想的な設定では摩擦がないことを思い出してください）。 ザ・水平時間の関数としての移動距離t単に
x（t）= v_ {0x} t。
垂直方向の動きの場合、
v_y（t）= v_ {0y} – gt
ここで、g = 9.8 m / s2、および
y（t）= v_ {0y} t –（1/2）gt ^ 2
これは、重力の影響が優勢になるにつれて、垂直速度が負（下向き）方向に増加することを示しています。