science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe bereken je de terugslagsnelheid?

Wapeneigenaren zijn vaak geïnteresseerd in terugslagsnelheid, maar zij zijn niet de enige. Er zijn veel andere situaties waarin het nuttig is om te weten. Een basketbalspeler die bijvoorbeeld een jumpshot maakt, wil misschien zijn of haar achterwaartse snelheid weten na het loslaten van de bal om te voorkomen dat hij tegen een andere speler botst, en de kapitein van een fregat wil misschien het effect weten dat het loslaten van een reddingsboot op de voorwaartse beweging van het schip. In de ruimte, waar wrijvingskrachten ontbreken, is terugslagsnelheid een kritische hoeveelheid. Je past de wet van behoud van momentum toe om terugslagsnelheid te vinden. Deze wet is afgeleid van de bewegingswetten van Newton.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

De wet van behoud van momentum, afgeleid van de bewegingswetten van Newton, biedt een eenvoudige vergelijking voor het berekenen van de terugslagsnelheid. Het is gebaseerd op de massa en snelheid van het uitgeworpen lichaam en de massa van het terugspringende lichaam.
Wet van behoud van momentum

De derde wet van Newton stelt dat elke toegepaste kracht een gelijke en tegengestelde reactie heeft. Een veelgebruikt voorbeeld bij het uitleggen van deze wet is die van een snel rijdende auto die een bakstenen muur raakt. De auto oefent een kracht uit op de muur en de muur oefent een wederzijdse kracht uit op de auto die hem verplettert. Wiskundig is de invallende kracht (F I) gelijk aan de reciproke kracht (F R) en werkt in de tegenovergestelde richting: F I \u003d - F R.

Newton's Tweede wet definieert kracht als massa-tijdversnelling. Versnelling is verandering in snelheid (∆v ÷ ∆t), dus kracht kan worden uitgedrukt F \u003d m (∆v ÷ ∆t). Hierdoor kan de derde wet worden herschreven als m I (∆v I ÷ ∆t I) \u003d -m R (∆v R ÷ ∆t R ). In elke interactie is de tijd gedurende welke de invallende kracht wordt uitgeoefend gelijk aan de tijd gedurende welke de wederzijdse kracht wordt uitgeoefend, dus t t en de tijd kan uit de vergelijking worden gehaald. Dit laat:

m I∆v I \u003d -m R∆v R

Dit staat bekend als de wet van behoud van momentum.
Terugslagsnelheid berekenen

In een typische terugslagsituatie heeft de afgifte van een lichaam met kleinere massa (lichaam 1) een impact op een groter lichaam (lichaam 2). Als beide lichamen vanuit rust beginnen, bepaalt de wet van behoud van momentum dat m 1v 1 \u003d -m 2v 2. De terugslagsnelheid is typisch de snelheid van lichaam 2 na het loslaten van lichaam 1. Deze snelheid is

v 2 \u003d - (m 1 ÷ m 2) v 1.
Voorbeeld

  • Wat is de terugslagsnelheid van een 8-pond Winchester geweer na het afvuren van een 150-korrel kogel met een snelheid van 2.820 voet /seconde?


    Voordat dit probleem wordt opgelost, moeten alle hoeveelheden in consistente eenheden worden uitgedrukt. Eén korrel is gelijk aan 64,8 mg, dus de kogel heeft een massa (m R) in voet /seconde te berekenen:

    v R \u003d - (m B ÷ m R) v B \u003d - (9,72 g ÷ 3.632g) • 2.820 ft /s \u003d -7.55 ft /s.

    Het minteken geeft aan dat de terugslagsnelheid tegengesteld is aan de snelheid van de bullet.

  • Een fregat van 2.000 ton laat een reddingsboot van 2 ton los met een snelheid van 15 mijl per uur. Uitgaande van verwaarloosbare wrijving, wat is de terugslagsnelheid van het fregat?


    Gewichten worden uitgedrukt in dezelfde eenheden, dus er is geen conversie nodig. U kunt eenvoudig de snelheid van het fregat schrijven als v F \u003d (2 ÷ 2000) • 15 mph \u003d 0,015 mph. Deze snelheid is klein, maar het is niet te verwaarlozen. Het is meer dan 1 voet per minuut, wat belangrijk is als het fregat zich in de buurt van een dok bevindt.