Probabilmente una delle più famose o famigerate armi da assedio - la catapulta è stata usata per proiettare proiettili in una roccaforte nemica nel tentativo di indebolire le sue difese o rompere la volontà di coloro che erano riparati all'interno. Dal punto di vista della fisica, la catapulta è in realtà una leva semplice, con il braccio della catapulta che ruota su un fulcro fino a quando una barra trasversale non arresta il braccio e rilascia il proiettile seduto nel secchio all'estremità del braccio. Se hai accesso a una catapulta o ne fai una semplice, determinarne la forza richiede solo alcune misurazioni e alcuni calcoli semplici.

Determinazione della forza della tua catapulta

Inizia pesando il tuo proiettile. Per i calcoli necessari che seguono, è meglio registrare la massa in chilogrammi.

Prima di lanciare il tuo proiettile, mettiti in posizione per misurare: quanto tempo impiega il braccio a spostarsi dalla posizione di riposo a colpire la traversa, quanto tempo impiega il proiettile per raggiungere la massima altezza, quanto viaggia il proiettile e quanto tempo ci vuole per raggiungere l'impatto. Dal momento che la catapulta si muove a velocità così elevate - potresti volere un assistente con una acquisizione del cronometro una delle misure del tempo, usa una videocamera per catturare la catapulta in azione e prendere le misure sulla base del filmato, o usa più prove per ottenere tutti i tuoi punti dati.

Determina la velocità orizzontale iniziale (Vh) usando la distanza d'impatto del proiettile (d) e il tempo impiegato per arrivarci, assumendo che il proiettile stesse viaggiando allo stesso velocità orizzontale all'impatto: (Th): Vh = d /Th. Ad esempio, una distanza di 100 metri a 10 secondi è: Vh = 100/10 = 10 metri al secondo.

Determina la velocità verticale iniziale (Vv) usando il tempo impiegato dal proiettile per raggiungere la sua altezza massima (Tmax), l'accelerazione della gravità (-9,8 metri /secondo ^ 2) e la velocità verticale all'altezza massima, che è zero: Vv = 0 - (gravità * Tmax). Quindi, se il proiettile ha impiegato 5 secondi per raggiungere l'altezza massima: Vv = 0 - (-9,8 * 5 secondi) = 49,4 metri /secondo.

Per determinare la velocità totale (Vtotal) in base alla velocità orizzontale (Vh) e velocità verticale (Vv) come determinato negli ultimi due passaggi, usiamo la formula: Vtotal = la radice quadrata di (Vv al quadrato + Vh al quadrato). Usando i numeri dati nei passaggi precedenti otterremmo: Vtotal = la radice quadrata di (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) = la radice quadrata di (100 + 2440) = circa 50 metri /secondo.

Avanti , abbiamo bisogno di determinare l'accelerazione del nostro proiettile (Aproj) prendendo la velocità iniziale del proiettile (Vinitial) e dividendolo per il tempo impiegato per raggiungere quella velocità (Tinitial). Quindi, se Tinitial è 0,25 secondi: Aproj = Vinitial /Tinitial = 50 /0,25 = 200 metri /secondo ^ 2.

Moltiplicate questa accelerazione (Aproj) per la massa del proiettile (Mproj) e avete il 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 /secondo ^ 2 = 200 Newton (un'unità di forza standard).

TL; DR (Troppo lungo; Didn 't Read)

È preferibile utilizzare un metro a nastro metrico per registrare i dati poiché la cifra più semplice per l'accelerazione di gravità (-9,8 metri /secondo ^ 2) è in metrica.

Avviso

Prima di sparare alla tua catapulta, assicurati che non causi danni a persone o cose.