Būtu dīvains skats skatīties viduslaiku laikmeta lielgabalu, kas pārvietots uz mūsdienu kaujas lauka, ar bezpilota lidaparātiem, kas tuvojas virs galvas, un bruņotiem, motorizētiem tankiem uz zemes.
Tomēr lielgabals ļoti ilgi bija visvairāk baidītais mehāniskais ierocis pasaulē, bet arī fiziskie principi, kas regulē šāviņu kustības formu, ko iemieso lielgabala bumba, diktē arī mūsdienu principus ieroči. Lielgabals patiešām ir vienkārši sava veida lielgabals, kurā "lodes" masa ir ļoti liela. Kā tāds tas ievēro tos pašus šāviņu kustības likumus, un lodes fizikas izpratne palīdzēs jums saprast lielgabalu fiziku.
Lielgabalu vēsture
Lielgabalu bumbiņas filmā bieži tiek attēlotas kā sprādzienbīstamas triecienos, lielāko daļu savu postījumu nodarot ar pirotehnikas palīdzību. Patiesībā pirms 1800. gadu vidus tika izstrādāti salīdzinoši maz lādiņu, lai uzsprāgt pēc palaišanas. Viņi nodarīja kaitējumu, izmantojot triecienu, izmantojot milzīguimpulss(masa reiz ar ātrumu), lai to paveiktu.
1400. gados tā laika karavadoņi ražoja lielgabalu lodes, kas aprīkotas ar drošinātājiem un paredzētas eksplozijai ienaidnieka teritorijā, taču tas radīja nopietnu nepareizas laika vai nepareizas darbības lielgabala risku, kas noveda pie tieši pretēja rezultāta kā kaujas spēks meklēja.
Cik lielas ir lielgabalu bumbiņas?
Mērķtiecīgi palaistu smago priekšmetu izmēri laika gaitā ir ārkārtīgi mainījušies, taču, ieskatoties 18. gadsimta Anglijā, paveras skats uz to, kā patiesībā izskatījās lielgabala lodes. Valsts kara ministrija izmantoja astoņus standarta izmērus, kuru diametrs palielinājās ar pakāpieniem aptuveni 1/2 collas (1,27 cm).
Šī izvēle bija noderīga, josfēras tilpumsir
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
kurrir rādiuss (puse no diametra), tāpēc vienmērīga blīvuma priekšmetu masas tādējādi pieaug prognozējamā proporcijā rādiusa kubam. Diametri faktiski tika noapaļoti, lai nodrošinātu precīzu lielgabalu lodīšu svaru - no 4 līdz 42 mārciņām nevienādos pieaugumos.
Lielgabalu fizika
Lai palaistu lielgabala lodi, nepieciešams ievērojams spēks, par ko liecina fakts, ka šādi notikumi parasti ir trokšņaini un vardarbīgi. Bet mazāk intuitīvi ir tas, ka šāviņš šobrīd atstāj ierīci, kas nodrošina tās palaišanu,vienīgais spēks, kas uz to iedarbojas no šī brīža, ja gaisa pretestība tiek atstāta novārtā, ir Zemes gravitācija(pieņemot, ka Zeme ir tā vieta, kur šo notikumu iestudē).
Tas nozīmē, ka jūs varat uzskatīt lādiņa kustības lielgabala problēmu kā divas atsevišķas problēmas, vienu - nemainīga ātruma horizontālai kustībai, ko piešķir palaišana, un viens vertikālai konstanta paātrinājuma kustībai gan objekta sākotnējās kustības augšup (ja tāda ir), gan gravitācijas rezultātu dēļ, kas iedarbojas uz lielgabala lode. Risinājums tiek atrasts, saskaitot tos kopā kā vektoru summas.
Konkrēti, papildus smagumam ir tas, kas nosaka lielgabala lodes ceļupalaišanas leņķisθ unpalaišanas (sākotnējais) ātrumsv0.
Cannonball kustības vienādojumi
Sākotnējais ātrums jānodala horizontālā (v0x) un vertikāli (v0g) komponenti risināšanai; tos var iegūt no
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {un} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Horizontālai kustībai jums ir
v_x (t) = v_ {0x}
par kuru var pieņemt, ka tā nemazinās, kamēr objekts kaut ko nesit (atcerieties, ka šajā idealizētajā vidē nav berzes). Thehorizontālinobrauktais attālums kā laika funkcijatir vienkārši
x (t) = v_ {0x} t.
Vertikālai kustībai jums ir
v_y (t) = v_ {0y} - gt
kur g = 9,8 m / s2, un
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Tas parāda, ka, tā kā gravitācijas ietekme dominē, vertikālais ātrums palielinās negatīvā (lejup) virzienā.