Byłoby naprawdę dziwnym widokiem oglądać armatę z epoki średniowiecznej skierowaną na współczesne pole bitwy, z dronami latającymi nad głową i opancerzonymi, zmotoryzowanymi czołgami na ziemi.
Jednak nie tylko armata była przez bardzo długi czas najgroźniejszą bronią mechaniczną na świecie, ale także fizyczne zasady rządzące formą ruchu pocisku uosabianą przez kulę armatnią również dyktują zasady współczesne pistolety. Tak naprawdę działo to po prostu rodzaj pistoletu, w którym masa „pocisku” jest bardzo duża. W związku z tym przestrzega tych samych praw ruchu pocisków, a zrozumienie fizyki pocisków pomoże ci zrozumieć fizykę armat.
Historia armat
Kule armatnie są często przedstawiane w filmach jako eksplodujące przy uderzeniu, siejąc spustoszenie dzięki pirotechnice. W rzeczywistości, przed połową XIX wieku, stosunkowo niewiele pocisków zostało zaprojektowanych do wybuchu po wystrzeleniu. Wyrządzili szkody przez uderzenie tępym narzędziem, korzystając z ogromnejpęd(masa razy prędkość), aby to osiągnąć.
W XIV wieku ówcześni watażkowie produkowali kule armatnie wyposażone w lonty i przeznaczone do wybuchu na terytorium wroga, ale to przyszedł z poważnym ryzykiem złego wyczucia czasu lub nieudanej armaty, co doprowadziło do dokładnie odwrotnego wyniku, niż ten, w którym walczyli siły zbrojne, a także stwierdzili, że nie są w stanie wystrzelić z nich broni. poszukiwany.
Jak duże są kule armatnie?
Rozmiary celowo wystrzeliwanych ciężkich obiektów zmieniały się w czasie ogromnie, ale rzut oka na XVIII-wieczną Anglię pozwala zobaczyć, jak w rzeczywistości wyglądały kule armatnie. Narodowe Ministerstwo Wojny używało ośmiu standardowych rozmiarów, rosnących średnicą w odstępach około 1/2 cala (1,27 cm).
Ten wybór był przydatny, ponieważobjętość kulijest
V=\frac{4}{3}\pi r^3
gdzierjest promieniem (połowa średnicy), więc masy obiektów o jednakowej gęstości rosną w przewidywalnej proporcji do sześcianu promienia. Średnice zostały faktycznie zaokrąglone, aby umożliwić dokładny ciężar kul armatnich, od 4 do 42 funtów w nierównych odstępach.
Fizyka armat
Wystrzelenie kuli armatniej wymaga znacznej siły, o czym świadczy fakt, że takie wydarzenia są zazwyczaj głośne i gwałtowne. Ale mniej intuicyjne jest to, że w chwili, gdy pocisk opuszcza urządzenie napędzające jego wystrzelenie,jedyną siłą działającą na nią od tego momentu, jeśli lekceważymy opór powietrza, jest grawitacja ziemska(zakładając, że to na Ziemi odbywa się to wydarzenie).
Oznacza to, że możesz potraktować problem z poruszającym się pociskiem działa jako dwa oddzielne problemy, jeden dla ruchu poziomego o stałej prędkości, nadanego przez wystrzelenie, i jeden dla ruchu pionowego o stałym przyspieszeniu ze względu zarówno na początkowy ruch obiektu w górę (jeśli występuje), jak i na wyniki grawitacji działającej na kula armatnia. Rozwiązanie można znaleźć, dodając je razem jako sumy wektorowe.
W szczególności, oprócz grawitacji, to, co determinuje tor lotu kuli armatniej, to jejkąt startuθ iuruchom (początkową) prędkośćv0.
Równania ruchu kuli armatniej
Prędkość początkową należy podzielić na poziomą (v0x) i pionowe (v0y) komponenty do rozwiązania; możesz je uzyskać od
v_{0x}=v_0\cos{\theta}\text{ i }v_{0y}=v_0\sin{\theta}
Do ruchu poziomego masz
v_x (t) = v_{0x}
można założyć, że nie zmniejsza się, dopóki obiekt w coś nie uderzy (przypomnijmy, że w tym wyidealizowanym otoczeniu nie ma tarcia).poziomyprzebyta odległość w funkcji czasutjest po prostu
x (t) = v_{0x}t.
W przypadku ruchu w pionie masz
v_y (t) = v_{0y} – gt
gdzie g = 9,8 m/s2, i
y (t) = v_{0y}t – (1/2)gt^2
Pokazuje to, że gdy przeważają efekty grawitacji, prędkość pionowa wzrasta w kierunku ujemnym (w dół).