Заиста би био чудан призор посматрати топове средњовековне ере који су се превртали на модерном бојном пољу, док су се дронови зумирали изнад главе и оклопљени, моторизовани тенкови на земљи.
Међутим, не само да је топ врло дуго био најстрашније механичко оружје на свету, већ и физички принципи који управљају обликом кретања пројектила оличеним топовском куглом такође диктирају оне модерне пушке. Топ је, заиста, једноставно врста пиштоља у којем је маса „метка“ врло велика. Као такав, он се покорава истим законима кретања пројектила, а разумевање физике пројектила помоћи ће вам да разумете физику топова.
Историја топова
Топовске кугле су често приказане на филму како експлодирају при удару, чинећи већину пустоши пиротехником. У стварности, пре средине 1800-их, релативно мало пројектила је дизајнирано да експлодира након лансирања. Штету су нанели ударцима тупе силе, користећи се огромнозамах(маса помножена са брзином) да би се ово постигло.
1400-их, данашњи ратни вође производили су топовске кугле опремљене осигурачима и дизајниране да експлодирају на непријатељској територији, али ово дошао са великим ризиком од лошег времена или погрешног пуцања, што је довело до управо супротног резултата као онај који има борбена снага тражи.
Колико су велике топовске кугле?
Величине наменски лансираних тешких предмета временом су се изузетно разликовале, али поглед на Енглеску из 18. века пружа поглед на то како су заправо изгледале топовске кугле. Национално министарство рата користило је осам стандардних величина, чији се пречник повећавао у корацима од око 1,27 инча (1,27 цм).
Овај избор је био користан јеробим сфереје
В = \ фрац {4} {3} \ пи р ^ 3
гдерје полупречник (половина пречника), па се масе предмета једнолике густине на тај начин подижу у предвидивом сразмеру са коцком полупречника. Пречници су заправо заокружени како би се омогућила тачна тежина топовских зрна, од 4 до 42 килограма у неједнаким корацима.
Топовска физика
Потребна је знатна снага за лансирање топовске кугле, најављене чињеницом да су такви догађаји обично бучни и насилни. Али оно што је мање интуитивно је то што у тренутку када пројектил напусти уређај који покреће његово лансирање,једина сила која на њега делује од тог тренутка, ако се занемари отпор ваздуха, је гравитација Земље(под претпоставком да је Земља место на којем се овај догађај инсценира).
То значи да можете да третирате проблем топа са кретањем пројектила као два одвојена проблема, један за хоризонтално кретање константне брзине пренет лансирањем, и један за вертикално кретање са константним убрзањем захваљујући почетном кретању објекта нагоре (ако постоји) и резултатима гравитације која делује на топовска кугла. Решење се налази додавањем ових векторских збира.
Конкретно, поред гравитације, оно што одређује пут топовског зрна је и његовоугао лансирањаθ илансирна (почетна) брзинав0.
Једначине кретања топовског зрна
Почетна брзина мора бити одвојена на хоризонталну (в0к) и вертикални (в0и) компоненте за решавање; ове можете добити код
в_ {0к} = в_0 \ цос {\ тхета} \ тект {и} в_ {0и} = в_0 \ син {\ тхета}
За хоризонтално кретање имате
в_к (т) = в_ {0к}
за које се може претпоставити да се не смањују све док објекат не удари у нешто (сетимо се да у овом идеализованом окружењу нема трења). Тхехоризонталнипређени пут у зависности од временатје једноставно
к (т) = в_ {0к} т.
За вертикално кретање имате
в_и (т) = в_ {0и} - гт
где је г = 9,8 м / с2, и
и (т) = в_ {0и} т - (1/2) гт ^ 2
То показује да како ефекти гравитације превладавају, вертикална брзина се повећава у негативном (надоле) смеру.