The katapult je predmetom fascinácie pre malé deti a ostatných, ktorí povedzme sledujú filmy zobrazujúce vojnu počas stredoveku alebo navštevujú múzeum so zbraňami spred stáročí.
Katapulty majú niekoľko základných foriem. Ten, ktorý poznáte asi najviac, je nepochybne najdramatickejší a prechádza veľkým oblúkom predtým, ako odošle jeho obsah smerom k akémukoľvek nešťastnému cieľu alebo cieľom.
Fyzika katapultov ponúka pekný úvod do sveta projektilového pohybu, ktorý sa zaoberá situáciami „voľného pádu“, to znamená, problémy, pri ktorých jedinou silou pôsobiacou na pohybujúcu sa časticu je sila vyplývajúca zo zrýchlenia v dôsledku gravitácie (zvyčajne Zeme).
Balista
Prvé známe katapulty boli postavené niekedy okolo roku 400 pred n. L. V Grécku. Úplne najskorší model pripomínal tradičnú kušu, v ktorej je šíp vysunutý v smere dopredu (t. J. Rovnobežne so zemou, pokiaľ mechanizmus nie je sklonený nahor). V skutočnosti je tradičný prak, hoci pre niekoho možno považovaný za hračku, akýmsi katapultom tohto druhu.
Hlavný typ katapultu v kuše, ktorý sa objavil v tomto období, sa nazýval balista. Sila bola generovaná metodickým krútením lana, ktoré by pri prerezávaní napnutých lán vrhalo oštep na veľké vzdialenosti proti nepriateľským armádam. Nevýhodou tohto zariadenia bolo, že bolo užitočné iba proti nepriateľom, ktorých mohli používatelia vidieť a na ktoré mali mieriť.
Mangonel
Mangellov katapult sa volal aj Onager. Ak sa zdá, že Rimania mali odpoveď na všetko, čo Gréci robili v staroveku, alebo možno naopak, predstavuje mangonel ešte jeden príklad.
Tento katapult vyzerá ako prechodný druh medzi balistom a tradičným katapultom. Využíva to krútenie (napätie okolo osi) sa „ukladá“ v lanách, ale tieto poháňajú pri prerezávaní skôr „vrhajúce sa“ rameno, než by mali hádzať obsah, ako sú kamene, alebo dokonca strieľať „piestovým“ pohybom.
Aj keď mal mangonel väčší dosah ako balista, bol notoricky nepresný. Bolo to však ľahšie a ľahšie sa pohybovalo z miesta na miesto.
Trebuchet
Základné prevedenie trebuchetu je páka, pričom obchodnou časťou je krátke rameno smerujúce k nepriateľovi a dlhšie rameno; oddeľuje ich náprava. Na kratšie rameno sa aplikuje protizávažie, aby sa pridala sila v mieste, kde sa strela uvoľní zo závesu.
Tento katapult má dve formy. Prvý, a trakčný trebuchet, bola pred prepustením operovaná skupinou vojakov tlačiacich na krátku ruku. Druhý, a protipól trebuchet, pracoval tak, že nechal vojakov zamerať svoje úsilie hlavne na to, aby namiesto prepustenia stiahli dlhú ruku.
Fyzika katapultov
Veda za katapultmi sa dá ľahko vysvetliť pomocou rovníc pohybu strely. Kľúčovou vecou, ktorú si musíte pamätať pri akomkoľvek probléme s pohybom strely, je to, že akonáhle je projektil prepustený, jedinou silou, ktorej je vystavený, je sila jeho vlastnej hmotnosti (vyplývajúca z gravitácie).
Po uvoľnení strely má horizontálnu aj vertikálnu pohybovú zložku. Našťastie pre fyzikov a študentov sa dajú analyzovať osobitne, pretože gravitácia neovplyvňuje horizontálny pohyb. Výsledok tejto analýzy vytvorí rovnicu pre vzdialenosť R, ktorú projektil prejde, ak sa uvoľní s danou počiatočnou rýchlosťou v0 v určenom uhle θ vzhľadom na zem:
R = \ frac {v_ {0} ^ 2sin 2 \ theta} {g}
Ak experimentujete s rôznymi hodnotami uhla spustenia, zistíte, že hodnota hriechu 2θ má svoju najväčšiu hodnotu 1, keď je θ 45 stupňov. Ak teda chcete vystreliť projektil čo najďalej, namierte ho presne do polovice bodu priamo nad hlavu a vystreľte!
- V príručke Zdroje nájdete praktického sprievodcu po vytvorení vlastného malého katapultu.