คงจะเป็นภาพแปลก ๆ แน่ ๆ ที่จะได้ชมปืนใหญ่จากยุคกลางที่เคลื่อนเข้าสู่สนามรบสมัยใหม่ โดยมีโดรนบินอยู่เหนือศีรษะและรถถังหุ้มเกราะ มีเครื่องยนต์อยู่บนพื้น
อย่างไรก็ตาม ปืนใหญ่ไม่เพียง แต่เป็นอาวุธกลที่เกรงกลัวที่สุดในโลกมาเป็นเวลานานเท่านั้น แต่ยังรวมถึง but หลักการทางกายภาพที่ควบคุมรูปแบบของการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ที่ประกอบด้วยลูกปืนใหญ่เป็นตัวกำหนดของสมัยใหม่เช่นกัน ปืน จริงๆ แล้ว ปืนใหญ่เป็นเพียงปืนชนิดหนึ่งที่มีมวลของ "กระสุน" ที่ใหญ่มาก ด้วยเหตุนี้ มันจึงเป็นไปตามกฎเดียวกันของการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ และการทำความเข้าใจฟิสิกส์ของโพรเจกไทล์จะช่วยให้คุณเข้าใจฟิสิกส์ของปืนใหญ่
ประวัติปืนใหญ่
ลูกกระสุนปืนใหญ่มักถูกวาดในภาพยนตร์ว่าระเบิดเมื่อกระทบ สร้างความหายนะส่วนใหญ่ผ่านการทำดอกไม้ไฟ ในความเป็นจริง ก่อนช่วงกลางปี ค.ศ. 1800 โพรเจกไทล์เพียงไม่กี่ตัวได้รับการออกแบบให้ระเบิดหลังจากปล่อย พวกเขาทำความเสียหายด้วยการกระแทกทื่อโดยใช้พลังมหาศาลโมเมนตัม(มวลคูณด้วยความเร็ว) เพื่อทำสิ่งนี้ให้สำเร็จ
ในยุค 1400 ขุนศึกในยุคนั้นผลิตลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ติดตั้งฟิวส์และออกแบบมาเพื่อระเบิดในดินแดนของศัตรู แต่สิ่งนี้ มาพร้อมกับความเสี่ยงอย่างร้ายแรงจากจังหวะเวลาไม่ดีหรือปืนใหญ่ที่ยิงพลาดซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้ามกับกองกำลังต่อสู้อย่างแม่นยำ แสวง.
ลูกกระสุนปืนใหญ่มีขนาดใหญ่แค่ไหน?
ขนาดของวัตถุหนักที่ยิงโดยเจตนานั้นแตกต่างกันอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป แต่การมองดูอังกฤษในสมัยศตวรรษที่ 18 ให้มุมมองว่าจริงๆ แล้วลูกกระสุนปืนใหญ่หน้าตาเป็นอย่างไร กระทรวงสงครามแห่งชาติใช้ขนาดมาตรฐานแปดขนาด โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นทีละประมาณ 1/2 นิ้ว (1.27 ซม.)
ตัวเลือกนี้มีประโยชน์เพราะว่าปริมาตรของทรงกลมคือ
V=\frac{4}{3}\pi r^3
ที่ไหนrคือรัศมี (ครึ่งเส้นผ่านศูนย์กลาง) ดังนั้นมวลของวัตถุที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอจึงเพิ่มขึ้นในสัดส่วนที่คาดเดาได้กับลูกบาศก์ของรัศมี อันที่จริง เส้นผ่านศูนย์กลางนั้นถูกปัดเศษเพื่อให้สามารถชั่งน้ำหนักกระสุนปืนใหญ่ได้อย่างแม่นยำ ตั้งแต่ 4 ถึง 42 ปอนด์โดยเพิ่มขึ้นไม่เท่ากัน
ฟิสิกส์ปืนใหญ่
ต้องใช้กำลังอย่างมากในการยิงปืนใหญ่ โดยได้รับแจ้งจากข้อเท็จจริงที่ว่าเหตุการณ์ดังกล่าวมักส่งเสียงดังและรุนแรง แต่สิ่งที่ไม่เข้าใจง่ายก็คือ ทันทีที่กระสุนปืนออกจากอุปกรณ์ที่ส่งพลังในการเปิดเครื่องแรงเดียวที่กระทำต่อมันตั้งแต่ขณะนั้นเป็นต้นไป หากละเลยแรงต้านของอากาศ ก็คือแรงโน้มถ่วงของโลก(สมมติว่า Earth เป็นที่จัดงานนี้)
ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถจัดการกับปัญหาปืนใหญ่ที่เคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์เป็นปัญหาสองประการแยกจากกัน ปัญหาหนึ่งสำหรับการเคลื่อนที่ในแนวนอนด้วยความเร็วคงที่ที่เกิดจากการยิง และอีกอันหนึ่งสำหรับการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งด้วยความเร่งคงที่อันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ขึ้นต้นของวัตถุ (ถ้ามี) และผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อ ลูกกระสุนปืนใหญ่ พบวิธีแก้ปัญหาโดยการเพิ่มสิ่งเหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นผลรวมเวกเตอร์
โดยเฉพาะนอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง สิ่งที่กำหนดเส้นทางของลูกกระสุนปืนใหญ่คือมุมปล่อยθและเปิดตัว (เริ่มต้น) ความเร็ววี0.
สมการของการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนใหญ่
ความเร็วต้นต้องแยกเป็นแนวราบ (v0x) และแนวตั้ง (v0ปี) องค์ประกอบสำหรับการแก้; คุณสามารถรับสิ่งเหล่านี้ได้จาก
v_{0x}=v_0\cos{\theta}\text{ and }v_{0y}=v_0\sin{\theta}
สำหรับการเคลื่อนที่ในแนวนอน คุณมี
v_x (t) = v_{0x}
ซึ่งสามารถสันนิษฐานได้ว่าจะไม่ลดน้อยลงจนกว่าวัตถุจะกระทบกับบางสิ่ง (จำได้ว่าไม่มีแรงเสียดทานในการตั้งค่าในอุดมคตินี้)แนวนอนระยะทางที่เดินทางเป็นฟังก์ชันของเวลาtเป็นเรื่องง่าย
x (t) = v_{0x}t.
สำหรับการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง คุณมี
v_y (t) = v_{0y} – gt
โดยที่ ก. = 9.8 ม./วินาที2, และ
y (t) = v_{0y}t – (1/2)gt^2
นี่แสดงให้เห็นว่าเมื่อผลกระทบของแรงโน้มถ่วงเหนือกว่า ความเร็วแนวตั้งจะเพิ่มขึ้นในทิศทางลบ (ลง)