Provavelmente uma das armas de cerco mais famosas ou infames - a catapulta foi usada para lançar projéteis em uma fortaleza inimiga na tentativa de enfraquecer suas defesas ou quebrar a vontade dos protegidos lado de dentro. Do ponto de vista da física, a catapulta é na verdade uma alavanca simples, com o braço da catapulta girando em um fulcro até que uma barra transversal pare o braço e libere o projétil sentado no balde no final do braço. Se você tem acesso a uma catapulta ou faz uma simples - determinar a força dela requer apenas algumas medidas e alguns cálculos simples.
Comece pesando seu projétil. Para os cálculos necessários a seguir, é melhor registrar a massa em quilogramas.
Antes de lançar seu projétil, fique em posição para medir: quanto tempo leva para o braço se deslocar da posição de repouso até atingir o barra transversal, quanto tempo o projétil leva para atingir a altura máxima, quão longe o projétil viaja e quanto tempo leva para atingir o impacto. Uma vez que a catapulta se move em velocidades altas, você pode querer que um assistente com um cronômetro controle a medição do tempo, use um vídeo câmera para capturar a catapulta em ação e fazer medições com base nas imagens de vídeo ou usar vários testes para obter todos os seus dados pontos.
Determine a velocidade horizontal inicial vh usando a distância de impacto do projétil d e o tempo que levou para chegar lá, assumindo que o projétil estava viajando na mesma velocidade horizontal no momento do impacto:
Determine a velocidade vertical inicial vv usando o tempo que levou para o projétil atingir sua altura máxima tmax, a aceleração devido à gravidade (9,8 metros / segundo2), e a velocidade vertical na altura máxima, que é zero:
Para determinar a velocidade total vtotal com base na velocidade horizontal vh e velocidade vertical vv conforme determinado nas duas últimas etapas, usamos a fórmula:
Em seguida, precisamos determinar a aceleração do nosso projétilumatomando a velocidade inicial do projétil vtotal e dividindo-o pelo tempo que levou para atingir a velocidade tinicial. Então, se tinicial é 0,25 segundos: