Насправді було б дивним видовищем спостерігати за гарматою середньовічної епохи, що рухалася на сучасному полі бою, а безпілотники наближались до верху та броньовані, моторизовані танки на землі.
Однак не тільки гармата була дуже страшною механічною зброєю у світі протягом дуже довгого часу, але і фізичні принципи, що регулюють форму руху снаряда, втілену гарматним кулем, також диктують принципи сучасності гармати. Гармата, насправді, є просто різновидом пістолета, у якого маса "кулі" дуже велика. Як такий, він підпорядковується тим самим законам руху снаряда, і розуміння фізики снарядів допоможе вам зрозуміти фізику гармат.
Історія гармат
Гарматні ядра часто зображуються на плівці як вибухаючі при ударі, завдаючи більшої частини руйнувань піротехнікою. Насправді до середини 1800-х років порівняно мало снарядів було розроблено для вибуху після запуску. Вони завдали шкоди тупим ударом, використовуючи приголомшливий результатімпульс(маса в кратній швидкості) для досягнення цього.
У 1400-х роках воєначальники доби виготовляли гарматні ядра, оснащені запобіжниками і призначені для вибуху на ворожій території, але це прийшов із серйозним ризиком невдалих термінів або неправильної стрільби, що призвело до прямо протилежного результату, як той, який бойова сила шукали.
Наскільки великі гармати?
Розміри цілеспрямованих запущених важких предметів з часом надзвичайно змінювались, але погляд на Англію 18 століття відкриває уявлення про те, як насправді виглядали гармати. Національне військове міністерство використовувало вісім стандартних розмірів, збільшуючись у діаметрі з кроком приблизно до 1/2 дюйма (1,27 см).
Цей вибір був корисним, оскількиобсяг куліє
V = \ frac {4} {3} \ pi r ^ 3
дер- радіус (половина діаметра), тому маси об'єктів рівномірної щільності, таким чином, зростають у передбачуваній пропорції до куба радіуса. Діаметри насправді були округлені, щоб забезпечити точну вагу гарматних ядер, від 4 до 42 фунтів з нерівними кроками.
Гарматична фізика
Щоб запустити гарматне ядро, потрібна значна потужність, проголошена тим, що такі події, як правило, галасливі та жорстокі. Але менш інтуїтивним є те, що в той момент, коли снаряд залишає пристрій, який забезпечує його запуск,єдиною силою, що діє на неї з цього моменту, якщо нехтувати опором повітря, є сила тяжіння Землі(припускаючи, що Земля є місцем проведення цієї події).
Це означає, що ви можете розглядати задачу руху снаряда як дві окремі задачі, одну - для горизонтального руху з постійною швидкістю, що надається запуском, і одна - для вертикального руху з постійним прискоренням завдяки початковому руху об’єкта вгору (якщо такий є) і результатам сили тяжіння, що діє на гарматне ядро. Рішення можна знайти, додавши їх у вигляді векторних сум.
Зокрема, крім сили тяжіння, те, що визначає шлях гарматного ядра, - це йогокут запускуθ тапускова (початкова) швидкістьv0.
Рівняння руху гарматного ядра
Початкову швидкість потрібно розділити на горизонтальну (v0x) і вертикальний (v0р) компоненти для вирішення; Ви можете отримати їх у
v_ {0x} = v_0 \ cos {\ theta} \ text {та} v_ {0y} = v_0 \ sin {\ theta}
Для горизонтального руху у вас є
v_x (t) = v_ {0x}
які можна припустити, що не зменшуються, поки об’єкт не вдарить у щось (нагадаємо, у цій ідеалізованій обстановці немає тертя).горизонтальнийпройдена відстань як функція часутпросто
x (t) = v_ {0x} t.
Для вертикального руху у вас є
v_y (t) = v_ {0y} - gt
де g = 9,8 м / с2, і
y (t) = v_ {0y} t - (1/2) gt ^ 2
Це показує, що в міру переваги впливу сили тяжіння вертикальна швидкість зростає в негативному (низхідному) напрямку.
