Probabilmente uno dei più famosi, o famigerato, assedio di armi..--la catapulta è stata usata per lanciare proiettili in una roccaforte nemica nel tentativo di indebolire le sue difese o spezzare la volontà di quelli al riparo all'interno. Da una fisica punto di vista, la catapulta è in realtà una semplice leva, con il braccio della catapulta facendo perno su un fulcro finché una traversa si ferma il braccio e rilascia il proiettile che si siede nel secchio all'estremità del braccio. Se avete accesso a una catapulta o fare una semplice-- per determinare la forza di esso richiede solo alcune misure e alcuni semplici calcoli.
Istruzioni
Per determinare la forza della vostra catapulta
• Avviare pesando il proiettile. Per i calcoli necessari che seguono, si consiglia di registrare la massa in chilogrammi.
• Prima di lanciare il proiettile, mettersi in posizione per misurare: quanto tempo ci vuole il braccio per viaggiare da posizione per colpire la traversa di riposo, quanto tempo il proiettile impiega per raggiungere la massima altezza, quanto lontano il proiettile viaggia e quanto tempo ci vuole per raggiungere impatto. Poiché la catapulta si muove a una velocità così alta--è possibile avere un assistente con un subentro di cronometro uno della misurazione del tempo, utilizzare una videocamera per catturare la catapulta in azione e prendere misurazioni basate su riprese video, o utilizzare prove multiple per ottenere tutti i punti dati.
• Determinare la velocità orizzontale iniziale (Vh) utilizzando impatto distanza il proiettile (d) e la lunghezza del tempo impiegato per arrivare lì, supponendo che il proiettile stava viaggiando alla stessa velocità orizzontale al momento dell'impatto: (Th): Vh = d/th. Ad esempio, è una distanza di 100 metri in 10 secondi: Vh = 100/10 = 10 metri al secondo.
• Determinare la velocità verticale iniziale (Vv), utilizzando il tempo che ha preso il proiettile per raggiungere la sua altezza massima (Tmax), l'accelerazione di gravità (-9,8 metri al secondo ^ 2) e la velocità verticale all'altezza massima, che è pari a zero: Vv = 0 - (gravità Tmax). Quindi, se il proiettile ha preso 5 secondi per raggiungere la massima altezza: Vv = 0 - (-9,8 5 secondi) = 49,4 metri/secondo.
• Per determinare la velocità totale (Vtotal) basato su velocità orizzontale (Vh) e la velocità verticale (Vv) come determinato negli ultimi due passaggi, utilizziamo la formula: Vtotal = radice quadrata di (Vv al quadrato + Vh al quadrato). Utilizzando i numeri specificati nei passaggi precedenti che otterremmo: Vtotal = radice quadrata di (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = radice quadrata di (100 + 2440) = circa 50 metri/secondo.
• Successivamente, è necessario determinare l'accelerazione del nostro proiettile (Aproj) prendendo la velocità iniziale del proiettile (Vinitial) e dividendolo per il momento che ci sono voluti per raggiungere tale velocità (Tinitial). Quindi, se Tinitial è 0,25 secondi: Aproj = Vinitial/Tinitial = 50/0.25 = 200 m/sec ^ 2.
• Moltiplicare questa accelerazione (Aproj) per la massa del proiettile (Mproj) e avere la quantità di forza esercitata dalla catapulta (Fcat) sul proiettile. Quindi, se Mproj è 1 chilogrammo: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m/s ^ 2 = 200 Newton (un'unità standard di forza).
Consigli & Avvertenze
- È meglio utilizzare una misura di nastro metrica per registrare i vostri dati dalla figura più semplice per l'accelerazione di gravità (-9,8 m/sec ^ 2) è nella metrica.
- Prima di sparare il tuo catapulta, assicurarsi che non causerà danni a persone o proprietà.