Cum funcționează o catapultă?

catapulta este un obiect de fascinație pentru copiii mici și pentru ceilalți care, să zicem, urmăresc filme care descriu războiul din epoca medievală sau vizitează un muzeu cu arme de acum secole.

Catapultele vin sub mai multe forme de bază. Cel cu care probabil sunteți cel mai familiarizat este, fără îndoială, cel mai dramatic, care străbate un arc mare înainte de a-și expedia conținutul către orice țintă sau ținte nefericite care se află la distanță.

Fizica catapultă oferă o introducere frumoasă în lumea mișcării proiectilelor, care se ocupă de situații de „cădere liberă”, adică probleme în care singura forță care afectează o particulă în mișcare este cea care rezultă din accelerația datorată gravitației (de obicei A Pământului).

Primele catapulte cunoscute au fost construite cândva în jurul anului 400 î.Hr. în Grecia. Cel mai vechi model seamănă cu o arbaletă tradițională, în care o săgeată este aruncată în direcția înainte (adică paralelă cu solul, cu excepția cazului în care mecanismul este înclinat în sus). De fapt, o praștie tradițională, deși poate văzută ca o jucărie pentru unii, este un fel de catapultă de acest fel.

Principalul tip de catapultă în formă de arbaletă care a apărut în această perioadă a fost numit balistă. Forța a fost generată de răsucirea metodică a frânghiei, care arunca o suliță la distanțe mari la armatele opuse atunci când frânghiile întinse erau tăiate. Acest dispozitiv avea dezavantajul de a fi util doar împotriva inamicilor pe care utilizatorii îi puteau vedea și viza îndeaproape.

Catapulta mangonelului a fost numită și Onager. Dacă se pare că romanii ar fi avut un răspuns la tot ceea ce făceau grecii în timpuri străvechi, sau poate invers, mangonelul reprezintă încă un exemplu.

Această catapultă arată ca o specie de tranziție între balista și catapulta tradițională. Se folosește de torsiune (tensiunea în jurul unei axe) „stocată” în frânghii, dar acestea conduc un braț „aruncat” atunci când sunt tăiate, mai degrabă decât aruncă conținut, cum ar fi stânci sau chiar trage într-o mișcare „asemănătoare unui piston”.

În timp ce avea un interval mai mare decât balista, mangonelul era notoriu inexact. Cu toate acestea, era mai ușor și mai ușor să te miști dintr-un loc în altul.

Proiectarea de bază a unui trebuchet este o pârghie, cu un braț scurt orientat spre inamic și un braț mai lung fiind partea de afaceri; o axă îi separă pe cei doi. O contragreutate este aplicată brațului mai scurt pentru a adăuga forță în punctul în care proiectilul este eliberat dintr-o curea.

Această catapultă vine în două forme. Primul, a tracțiune de tracțiune, a fost operat de un grup de soldați care împingeau în jos brațul scurt înainte de eliberare. Celălalt, a contrapoise trebuchet, a lucrat făcând soldații să-și concentreze eforturile în principal pe tragerea în jos a brațului lung înainte de eliberare.

Știința din spatele catapultelor este ușor de explicat folosind ecuațiile mișcării proiectilului. Lucrul cheie de reținut despre orice problemă de mișcare a proiectilului este că odată ce proiectilul a fost eliberat, singura forță la care este supus este aceea a greutății sale (rezultată din gravitație).

Când un proiectil este eliberat, acesta are componente de mișcare atât orizontale, cât și verticale. Din fericire pentru fizicieni și studenți, aceștia pot fi analizați separat, deoarece gravitația nu afectează mișcarea orizontală. Rezultatul acestei analize produce o ecuație pentru distanța R pe care o va parcurge un proiectil dacă este eliberată cu o viteză inițială dată v₀ la un unghi specificat θ față de sol:

Dacă experimentați cu diferite valori pentru unghiul de lansare, veți descoperi că valoarea păcatului 2θ are cea mai mare valoare, 1, când θ este de 45 de grade. Astfel, dacă doriți să lansați un proiectil cât mai mult posibil, îndreptați-l exact la jumătatea drumului către un punct direct deasupra capului și trageți!

• Consultați Resursele pentru un ghid la îndemână pentru a vă crea propria catapultă la scară mică.