Probabilmente una delle armi d'assedio più famose o famigerate - la catapulta fu usata per lanciare proiettili in una roccaforte nemica nel tentativo di indebolire le sue difese o spezzare la volontà di coloro che erano al riparo al suo interno. Dal punto di vista della fisica, la catapulta è in realtà una semplice leva, con il braccio della catapulta che ruota su un fulcro fino a quando una barra trasversale ferma 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 poche misurazioni e alcuni semplici calcoli.
Determinare la 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 proiettile, mettersi in posizione per misurare: quanto tempo impiega il braccio a spostarsi dalla posizione di riposo per colpire la traversa, quanto tempo impiega il proiettile a raggiungere l'altezza massima, quanto viaggia il proiettile e quanto tempo impiega per raggiungere l'impatto. Poiché la catapulta si muove a velocità così elevate, potresti voler avere un assistente con un cronometro che rileva una delle misurazioni del tempo, utilizzare una videocamera per catturare la catapulta in azione e eseguire misurazioni basate sul filmato o utilizzare più prove per ottenere tutti i tuoi punti dati.
Determina la velocità orizzontale iniziale (Vh) usando la distanza di impatto del proiettile (d) e il tempo impiegato per arrivarci, supponendo che il proiettile viaggiasse allo stesso velocità orizzontale all'impatto: (Th): Vh \u003d d /Th. Ad esempio, una distanza di 100 metri a 10 secondi è: Vh \u003d 100/10 \u003d 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 di gravità (-9,8 metri /secondo ^ 2) e la velocità verticale alla massima altezza, che è zero: Vv \u003d 0 - (gravità * Tmax). Quindi, se il proiettile impiegava 5 secondi per raggiungere l'altezza massima: Vv \u003d 0 - (-9,8 * 5 secondi) \u003d 49,4 metri /secondo.
Per determinare la velocità totale (Vtotale) in base alla velocità orizzontale (Vh) e la velocità verticale (Vv) come determinata negli ultimi due passi, usiamo la formula: Vtotale \u003d radice quadrata di (Vv al quadrato + Vh al quadrato). Usando i numeri indicati nei passaggi precedenti otterremmo: Vtotale \u003d radice quadrata di (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) \u003d radice quadrata di (100 + 2440) \u003d circa 50 metri /secondo.
Successivo , dobbiamo determinare l'accelerazione del nostro proiettile (Aproj) prendendo la velocità iniziale del proiettile (Vinitial) e dividendola per il tempo impiegato per raggiungere quella velocità (Tinitial). Quindi, se Tinitial è 0,25 secondi: Aproj \u003d Vinitial /Tinitial \u003d 50 /0,25 \u003d 200 metri /secondo ^ 2.
Moltiplica questa accelerazione (Aproj) per la massa del proiettile (Mproj) e hai il quantità di forza esercitata dalla catapulta (Fcat) sul proiettile. Quindi se Mproj è 1 chilogrammo: Fcat \u003d Mproj x Aproj \u003d 1 x 200 \u003d 200 kg * m /secondo ^ 2 \u003d 200 Newton (un'unità di forza standard).
Suggerimenti
È meglio usare una misura di nastro metrica per registrare i dati poiché la cifra più semplice per l'accelerazione di gravità (-9,8 metri /secondo ^ 2) è in metrica.
Avvertenze
Prima di lanciare la tua catapulta, assicurati che non causi danni a persone o cose.
