Iš tikrųjų būtų keistas vaizdas stebėti viduramžių laikų pabūklą, sukamą ant šiuolaikinio mūšio lauko, bepiločiais orlaiviais priartinant virš galvos ir šarvuotus, motorizuotus tankus.
Tačiau patranka labai ilgą laiką buvo labiausiai bijoma mechaninio ginklo pasaulyje, bet ir fiziniai principai, reguliuojantys sviedinio judėjimo formą, kurią įkūnija patrankos kamuolys, diktuoja ir šiuolaikinius ginklus. Patrankos iš tikrųjų yra tiesiog tam tikras ginklas, kuriame „kulkos“ masė yra labai didelė. Kaip tokia, ji laikosi tų pačių sviedinių judėjimo dėsnių, o sviedinių fizikos supratimas padės suprasti patrankos fiziką.
Patrankų istorija
Patrankos sviediniai filme dažnai vaizduojami kaip sprogstantys smūgio metu, sukeldami didžiąją savo sumaištį per pirotechniką. Iš tikrųjų iki 1800-ųjų vidurio buvo sukurta palyginti nedaug sviedinių, kurie sprogs po paleidimo. Jie padarė savo žalą bukos jėgos smūgiu, naudodamiesi milžiniškupagreitį(masė ir greitis) tai pasiekti.
1400-aisiais to meto karo vadai gamino patrankų sviedinius su saugikliais ir suprojektuoti sprogti priešo teritorijoje, tačiau tai sukėlė didelę netinkamo laiko riziką ar netinkamai veikiančią patranką, o tai lėmė visiškai priešingą rezultatą, kaip kovos jėga ieškojo.
Kokie yra patrankų sviediniai?
Tikslingai paleistų sunkių daiktų dydžiai laikui bėgant labai skyrėsi, tačiau žvilgsnis į XVIII amžiaus Angliją leidžia pamatyti, kaip iš tikrųjų atrodė patrankos sviediniai. Nacionalinė karo ministerija naudojo aštuonis standartinius dydžius, kurių skersmuo didėjo maždaug po 1/2 colio (1,27 cm).
Šis pasirinkimas buvo naudingas, nessferos tūrisyra
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
kurryra spindulys (pusė skersmens), todėl vienodo tankio objektų masės taip kyla prognozuojama proporcija spindulio kubui. Skersmuo iš tikrųjų buvo suapvalintas, kad būtų galima tiksliai patrankos sviedinius svyruoti nuo 4 iki 42 svarų nevienodu žingsniu.
Patrankos fizika
Norint paleisti patrankos sviedinį, reikia nemažai jėgų, apie kurį praneša tai, kad tokie įvykiai paprastai būna triukšmingi ir smurtiniai. Bet mažiau intuityvu yra tai, kad akimirksniu sviedinys palieka prietaisą, kuris valdo jo paleidimą,vienintelė jėga, veikianti nuo tos akimirkos, jei nepaisoma oro pasipriešinimo, yra Žemės traukos jėga(darant prielaidą, kad Žemė yra ta vieta, kur rengiamas šis įvykis).
Tai reiškia, kad jūs galite traktuoti sviedinio judėjimo patrankos problemą kaip dvi atskiras problemas, viena - pastovaus greičio horizontaliam judėjimui, kurį sukelia paleidimas, ir vienas pastovaus pagreičio vertikaliam judėjimui dėl objekto pradinio judėjimo aukštyn (jei yra) ir gravitacijos, veikiančios patrankos sviedinys. Sprendimas randamas sumuojant jas kaip vektorines sumas.
Konkrečiai, be gravitacijos, patrankos sviedinio kelią lemia ir jo keliaspaleidimo kampasθ irpaleidimo (pradinis) greitisv0.
Patrankos sviedinio judesio lygtys
Pradinis greitis turi būti atskirtas į horizontalų (v0x) ir vertikalios (t0m) komponentai sprendimui; jų galite gauti iš
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {ir} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Norėdami horizontaliai judėti, turite
v_x (t) = v_ {0x}
kurių galima manyti nesumažėjus tol, kol objektas ką nors nepataiko (prisiminkime, kad šioje idealizuotoje aplinkoje nėra trinties). Thehorizontaliainuvažiuotas atstumas kaip laiko funkcijatyra tiesiog
x (t) = v_ {0x} t.
Vertikaliam judėjimui turite
v_y (t) = v_ {0y} - gt
kur g = 9,8 m / s2ir
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Tai rodo, kad vyraujant gravitacijos poveikiui, vertikalus greitis didėja neigiama (žemyn) kryptimi.