De katapult er et fascinerende objekt for små barn og andre som for eksempel ser filmer som skildrer krigføring i middelalderen, eller besøker et museum med våpen fra århundrer siden.
Katapulter finnes i flere grunnleggende former. Den du kanskje er mest kjent med, er uten tvil den mest dramatiske, og sveiper gjennom en stor bue før du sender innholdet mot det uheldige målet eller målene som ligger nedover.
Katapultfysikk tilbyr en fin introduksjon til en verden av prosjektilbevegelse, som omhandler "fritt fall" situasjoner, det vil si problemer der den eneste kraften som påvirker en bevegelig partikkel er den som skyldes akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (vanligvis Jordens).
Ballista
De første kjente katapultene ble bygget en gang rundt 400 fvt i Hellas. Den aller tidligste modellen lignet en tradisjonell armbrøst, der en pil kastes ut i retning fremover (dvs. parallelt med bakken med mindre mekanismen er vinklet oppover). Faktisk er en tradisjonell slangebøsse, selv om den kanskje blir sett på som et leketøy for noen, en slags katapult av denne typen.
Den viktigste typen katapult i armbue-stil som dukket opp i denne perioden, ble kalt ballista. Kraften ble generert ved metodisk vridning av tau, som ville kaste et spyd store avstander mot motsatte hærer når de stramme tauene ble kuttet. Denne enheten hadde ulempen med å være nyttig bare mot fiender brukerne kunne se og sikte tett på.
The Mangonel
Mangonel katapulten ble også kalt Onager. Hvis det virker som om romerne hadde svar på alt grekerne gjorde i eldgamle tider, eller kanskje omvendt, representerer mangonellen et eksempel til.
Denne katapulten ser ut som en overgangsart mellom ballista og den tradisjonelle katapulten. Den bruker torsjon (spenning rundt en akse) "lagret" i tau, men disse driver en "slingrende" arm når de kappes i stedet for å kaste innhold som bergarter eller til og med skyte i en "stempellignende" bevegelse.
Mens mangonellen hadde større rekkevidde enn ballista, var den notorisk unøyaktig. Det var imidlertid lettere og lettere å flytte fra sted til sted.
Trebuchet
Den grunnleggende utformingen av en trebuchet er en spak, med en kort arm mot fienden og en lengre arm som forretningsdelen; en aksel skiller de to. En motvekt påføres den kortere armen for å øke kraften ved det punktet prosjektilet frigjøres fra en slynge.
Denne katapulten kommer i to former. Den første, a trekkraft trekkraft, ble operert av en gruppe soldater som presset ned på den korte armen før løslatelse. Den andre, a counterpoise trebuchet, arbeidet med å la soldatene fokusere sin innsats hovedsakelig på å trekke ned den lange armen i stedet før løslatelse.
Katapultfysikk
Vitenskapen bak katapulter forklares enkelt ved hjelp av ligningene til prosjektilbevegelse. Den viktigste tingen å huske på ethvert prosjektilbevegelsesproblem er at når prosjektilet er sluppet ut, er den eneste kraften det utsettes for, for sin egen vekt (som skyldes tyngdekraften).
Når et prosjektil frigjøres, har det både horisontale og vertikale bevegelseskomponenter. Heldigvis for fysikere og studenter, kan disse analyseres separat, siden tyngdekraften ikke påvirker horisontal bevegelse. Resultatet av denne analysen produserer en ligning for avstanden R et prosjektil vil bevege seg hvis den frigjøres med en gitt starthastighet v0 i en spesifisert vinkel θ i forhold til bakken:
R = \ frac {v_ {0} ^ 2sin 2 \ theta} {g}
Hvis du eksperimenterer med forskjellige verdier for startvinkelen, finner du at verdien av sin 2θ har sin største verdi, 1, når θ er 45 grader. Dermed hvis du vil skyte et prosjektil så langt som mulig, peker du det nøyaktig halvveis til et punkt direkte overhead og skyter av!
- Se ressursene for en praktisk guide til å lage din egen katastrofe i liten skala.