De katapult is een fascinatie voor jonge kinderen en anderen die bijvoorbeeld films kijken over oorlogsvoering in de middeleeuwen of een museum bezoeken met wapens van eeuwen geleden.
Katapulten zijn er in verschillende basisvormen. Degene waar je misschien het meest bekend mee bent, is misschien wel de meest dramatische, vegen door een grote boog voordat de inhoud naar een ongelukkig doelwit of doelen wordt gestuurd.
Katapultfysica biedt een mooie introductie in de wereld van projectielbewegingen, die zich bezighoudt met "vrijeval" -situaties, dat wil zeggen, problemen waarbij de enige kracht die een bewegend deeltje beïnvloedt de kracht is die het gevolg is van de versnelling als gevolg van de zwaartekracht (meestalus aarde).
De Ballista
De eerste bekende katapulten werden ergens rond 400 vGT in Griekenland gebouwd. Het allereerste model leek op een traditionele kruisboog, waarbij een pijl in voorwaartse richting wordt uitgeworpen (d.w.z. evenwijdig aan de grond tenzij het mechanisme naar boven gericht is). In feite is een traditionele katapult, hoewel sommigen misschien als speelgoed gezien, een soort katapult van dit soort.
Het belangrijkste type katapult in kruisboogstijl dat in deze periode naar voren kwam, werd een ballista genoemd. De kracht werd gegenereerd door het methodisch draaien van touw, dat een speer over grote afstanden naar vijandige legers zou werpen wanneer de strakke touwen werden doorgesneden. Dit apparaat had het nadeel dat het alleen bruikbaar was tegen vijanden die de gebruikers konden zien en waar ze goed op konden richten.
de mangonel
De mangonel katapult werd ook wel de Onager genoemd. Als het lijkt alsof de Romeinen een antwoord hadden op alles wat de Grieken in de oudheid deden, of misschien andersom, is de mangonel nog een voorbeeld.
Deze katapult ziet eruit als een overgangssoort tussen de ballista en de traditionele katapult. Het maakt gebruik van torsie (spanning rond een as) "opgeslagen" in touwen, maar deze drijven een "slingerende" arm aan wanneer ze worden gesneden in plaats van inhoud zoals stenen of zelfs vuur in een "zuigerachtige" beweging te slingeren.
Hoewel hij een groter bereik had dan de ballista, was de mangonel notoir onnauwkeurig. Het was echter lichter en gemakkelijker om van plaats naar plaats te gaan.
De Trebuchet
Het basisontwerp van een trebuchet is een hefboom, met een korte arm die naar de vijand is gericht en een langere arm als het zakelijke gedeelte; een as scheidt de twee. Op de kortere arm wordt een contragewicht aangebracht om kracht toe te voegen op het punt dat het projectiel uit een sling wordt losgelaten.
Deze katapult is er in twee vormen. De eerste, een tractie trebuchet, werd bediend door een groep soldaten die de korte arm naar beneden duwden voordat ze werden losgelaten. De andere, een tegenwicht trebuchet, werkten door de soldaten hun inspanningen vooral te laten richten op het naar beneden trekken van de lange arm voordat ze werden losgelaten.
Katapult Natuurkunde
De wetenschap achter katapulten kan eenvoudig worden verklaard met behulp van de vergelijkingen van projectielbewegingen. Het belangrijkste om te onthouden over elk projectielbewegingsprobleem is dat als het projectiel eenmaal is losgelaten, de enige kracht waaraan het wordt onderworpen die van zijn eigen gewicht is (als gevolg van de zwaartekracht).
Wanneer een projectiel wordt losgelaten, heeft het zowel horizontale als verticale bewegingscomponenten. Gelukkig voor natuurkundigen en studenten kunnen deze afzonderlijk worden geanalyseerd, aangezien zwaartekracht geen invloed heeft op horizontale beweging. Het resultaat van deze analyse levert een vergelijking op voor de afstand R die een projectiel zal afleggen als het wordt losgelaten met een gegeven beginsnelheid v0 onder een bepaalde hoek θ ten opzichte van de grond:
R = \frac{v_{0}^2sin 2\theta}{g}
Als je experimenteert met verschillende waarden voor de lanceerhoek, ontdek je dat de waarde van sin 2θ zijn grootste waarde heeft, 1, wanneer θ 45 graden is. Dus als je een projectiel zo ver mogelijk wilt lanceren, richt het dan precies halverwege naar een punt direct boven je hoofd en vuur weg!
- Zie de bronnen voor een handige gids voor het maken van uw eigen kleinschalige katapult.