L'operazione di una catapulta si basa sull'interazione di numerosi principi fisici fondamentali:
1. Energia potenziale:
* Il braccio catapulto viene inizialmente tenuto in una posizione alta, immagazzinando energia potenziale a causa della sua posizione rispetto al campo gravitazionale terrestre.
* Più alto viene sollevato il braccio, maggiore è l'energia potenziale.
2. Conservazione dell'energia:
* Quando viene rilasciata la catapulta, l'energia potenziale immagazzinata nel braccio viene convertita in energia cinetica mentre il braccio accelera verso il basso.
* Questa conversione aderisce alla legge di conservazione dell'energia , dove l'energia totale (potenziale + cinetica) rimane costante.
3. Momentum e impulso:
* Il movimento verso il basso del braccio impartisce un grande impulso al proiettile, trasferendo lo slancio ad esso.
* Impulse è il cambiamento nel momento di un oggetto ed è direttamente proporzionale alla forza applicata e alla durata della forza.
* Questo impulso fa accelerare il proiettile ad alta velocità.
4. Leva e vantaggio meccanico:
* Il braccio catapulto funge da leva, amplificando la forza applicata al proiettile.
* Questo vantaggio meccanico è determinato dal rapporto tra la distanza dal fulcro (punto di perno) al punto in cui viene applicata la forza (il braccio) alla distanza dal fulcro al punto in cui viene rilasciato il proiettile.
5. Mozione proiettile:
* Una volta lanciato, il proiettile segue una traiettoria parabolica governato dalle leggi della mozione proiettile.
* Questa traiettoria è determinata dalla velocità iniziale del proiettile, dall'angolo di lancio e dall'accelerazione dovuta alla gravità.
6. Tensione ed elasticità:
* In alcune catapulte, come il Trebuchet , il braccio viene tirato indietro da una corda tensione o materiale elastico.
* L'energia potenziale elastica immagazzinata in questa tensione contribuisce all'energia trasferita al proiettile.
7. Coppia e movimento rotazionale:
* La rotazione del braccio è guidata dalla coppia , che è il prodotto della forza applicata e la distanza dal fulcro al punto in cui viene applicata la forza.
* Il movimento rotazionale del braccio è cruciale per il trasferimento efficiente di energia al proiettile.
Questi principi lavorano insieme per creare il potente meccanismo di lancio di una catapulta, consentendo il lancio di proiettili pesanti a distanze e velocità significative. Il design specifico di una catapulta può ottimizzare questi principi per scopi diversi, con conseguenti variazioni come Onager, Trebuchet e Mangonel.
