katapultować to obiekt fascynacji dla małych dzieci i innych, którzy np. oglądają filmy przedstawiające działania wojenne w czasach średniowiecza lub odwiedzają muzeum broni sprzed wieków.
Katapulty występują w kilku podstawowych formach. Ten, który prawdopodobnie znasz najbardziej, jest prawdopodobnie najbardziej dramatyczny, omiatając duży łuk, zanim wyślesz jego zawartość w kierunku niefortunnego celu lub celów leżących w zasięgu.
Fizyka katapult to miłe wprowadzenie w świat ruchu pocisków, który zajmuje się sytuacjami „swobodnego spadania”, czyli: problemy, w których jedyną siłą działającą na poruszającą się cząstkę jest siła wynikająca z przyspieszenia ziemskiego (zwykle Ziemi).
Balista
Pierwsze znane katapulty zbudowano około 400 roku p.n.e. w Grecji. Najwcześniejszy model przypominał tradycyjną kuszę, w której strzała jest wyrzucana do przodu (tj. równolegle do ziemi, chyba że mechanizm jest ustawiony pod kątem do góry). W rzeczywistości tradycyjna proca, choć może przez niektórych postrzegana jako zabawka, jest rodzajem katapulty tego rodzaju.
Główny typ katapulty w stylu kuszy, który pojawił się w tym okresie, nazywano balistą. Siła była generowana przez metodyczne skręcanie liny, która rzucała włócznią na duże odległości w przeciwne armie, gdy napięte liny zostały przecięte. To urządzenie miało tę wadę, że było przydatne tylko przeciwko wrogom, których użytkownicy mogli zobaczyć i celować z bliska.
Mangonela
Katapulta mangonalna była również nazywana Onager. Jeśli wydaje się, że Rzymianie mieli odpowiedź na wszystko, co Grecy robili w czasach starożytnych, a może na odwrót, mangonel stanowi jeszcze jeden przykład.
Ta katapulta wygląda jak gatunek przejściowy między balistą a tradycyjną katapultą. Wykorzystuje skręcenie (napięcie wokół osi) „przechowywane” w linach, ale te napędzają „rzucające” ramię podczas cięcia, a nie rzucają zawartością, taką jak kamienie, a nawet ogień, ruchem „tłokowym”.
Choć miał większy zasięg niż balista, mangonel był notorycznie niedokładny. Był jednak lżejszy i łatwiejszy do przenoszenia z miejsca na miejsce.
Trebusz
Podstawowym projektem trebusza jest dźwignia, z krótkim ramieniem skierowanym do wroga i dłuższym ramieniem będącym częścią biznesową; oś oddziela te dwie rzeczy. Do krótszego ramienia przyłożona jest przeciwwaga, aby zwiększyć siłę w miejscu, w którym pocisk jest wypuszczany z procy.
Ta katapulta ma dwie formy. Pierwszy, a trebusz trakcyjny, był obsługiwany przez grupę żołnierzy naciskających na krótkie ramię przed zwolnieniem. Drugi, a trebusz przeciwwagi, polegał na tym, że żołnierze skupili swoje wysiłki głównie na ściąganiu długiego ramienia zamiast przed zwolnieniem.
Fizyka katapulty
Naukę stojącą za katapultami można łatwo wyjaśnić za pomocą równań ruchu pocisku. Kluczową rzeczą do zapamiętania w przypadku każdego problemu z ruchem pocisku jest to, że po wypuszczeniu pocisku jedyną siłą, na jaką jest narażony, jest jego własny ciężar (wynikający z grawitacji).
Kiedy pocisk zostaje wypuszczony, zawiera zarówno poziomą, jak i pionową składową ruchu. Na szczęście dla fizyków i studentów można je analizować osobno, ponieważ grawitacja nie wpływa na ruch poziomy. Wynikiem tej analizy jest równanie na odległość R, jaką pocisk przebędzie, jeśli zostanie wypuszczony z określoną prędkością początkową v0 pod określonym kątem θ względem podłoża:
R = \frac{v_{0}^2sin 2\theta}{g}
Jeśli poeksperymentujesz z różnymi wartościami kąta startu, odkryjesz, że wartość sin 2θ ma największą wartość, 1, gdy θ wynosi 45 stopni. Tak więc, jeśli chcesz wystrzelić pocisk tak daleko, jak to możliwe, skieruj go dokładnie w połowie drogi do punktu bezpośrednio nad głową i wystrzel!
- Zajrzyj do Zasobów, aby uzyskać podręczny przewodnik po tworzeniu własnej katapulty na małą skalę.