Waarschijnlijk een van de beroemdste of beruchte belegeringswapens - de katapult werd gebruikt om projectielen in een vijandelijk bolwerk te werpen in een poging om de verdediging te verzwakken of de wil van degenen die beschut zijn binnen te breken. Vanuit een natuurkundig oogpunt is de katapult eigenlijk een eenvoudige hefboom, waarbij de katapultarm op een scharnierpunt scharniert totdat een dwarsbalk de arm stopt en het projectiel in de emmer aan het uiteinde van de arm laat zitten. Als u toegang heeft tot een katapult of een eenvoudige katapult - het bepalen van de kracht ervan vereist slechts een paar metingen en enkele eenvoudige berekeningen.

Bepaling van de kracht van uw katapult

Begin met wegen jouw projectiel. Voor de benodigde berekeningen die volgen, kun je het beste de massa in kilogram opnemen.

Voordat je je projectiel start, moet je in positie komen om te meten: hoe lang het duurt voordat de arm van rustpositie naar de lat gaat, hoe lang het projectiel duurt om de maximale hoogte te bereiken, hoe ver het projectiel zich verplaatst en hoe lang het duurt om impact te bereiken. Omdat de katapult zulke hoge snelheden verplaatst, wil je misschien een assistent met een stopwatchovername een van de tijdmetingen laten maken, een videocamera gebruiken om de katapult in actie vast te leggen en metingen te doen op basis van de videobeelden, of meerdere proeven gebruiken om al uw datapunten te krijgen.

Bepaal de aanvankelijke horizontale snelheid (Vh) met behulp van de impactafstand (d) van het projectiel en de tijd die nodig was om daar te komen, ervan uitgaande dat het projectiel dezelfde reisde horizontale snelheid bij impact: (Th): Vh = d /Th. Een afstand van 100 meter bij 10 seconden is bijvoorbeeld: Vh = 100/10 = 10 meter per seconde.

Bepaal de initiële verticale snelheid (Vv) met de tijd die het duurde voordat het projectiel zijn maximale hoogte bereikte (Tmax), de versnelling van de zwaartekracht (-9,8 meter /seconde ^ 2) en de verticale snelheid op maximale hoogte, die nul is: Vv = 0 - (zwaartekracht * Tmax). Dus, als het projectiel 5 seconden zou duren om de maximale hoogte te bereiken: Vv = 0 - (-9,8 * 5 seconden) = 49,4 meter /seconde.

Om de totale snelheid te bepalen (Vtotal) op basis van horizontale snelheid (Vh) en verticale snelheid (Vv) zoals bepaald in de laatste twee stappen, gebruiken we de formule: Vtotal = de vierkantswortel van (Vv in het kwadraat + Vh in het kwadraat). Gebruikmakend van de nummers gegeven in vorige stappen zouden we krijgen: Vtotal = de vierkantswortel van (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) = de vierkantswortel van (100 + 2440) = ongeveer 50 meter /seconde.

Volgende , we moeten de versnelling van ons projectiel (Aproj) bepalen door de beginsnelheid van het projectiel (Vinitial) te nemen en te delen door de tijd die het kostte om die snelheid te bereiken (Tinitial). Dus als Tinitial 0,25 seconden is: Aproj = Vinitial /Tinitial = 50 /0,25 = 200 meter /seconde ^ 2.

Vermenigvuldig deze versnelling (Aproj) met de massa van het projectiel (Mproj) en je hebt de hoeveelheid kracht uitgeoefend door de katapult (Fcat) op het projectiel. Dus als Mproj 1 kilogram is: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m /seconde ^ 2 = 200 Newton (een standaardeenheid van kracht).

TL; DR (te lang; niet lezen)

Het is het beste om een ​​metrische meetlint te gebruiken om uw gegevens te registreren, aangezien het eenvoudigste cijfer voor de versnelling van de zwaartekracht (-9,8 meter /seconde ^ 2) in statistiek is.

Waarschuwing

Controleer voordat u uw katapult afvuurt of deze geen schade aan mensen of goederen veroorzaakt.