Hvordan beregne Catapult Force

Sannsynligvis en av de mest berømte, eller beryktede, beleiringsvåpen - katapulten ble brukt til å kaste prosjektiler inn i en fiende høyborg i et forsøk på å enten svekke sitt forsvar eller bryte viljen til de som skjermet inne. Fra en fysikk point-of-view, er det katapult faktisk en enkelt spak, med katapulten arm dreibare om et omdreiningspunkt til en tverrstang stopper arm og frigjør prosjektilet sittende i bøtte ved enden av armen. Hvis du har tilgang til en katapult eller lage en enkel en - å bestemme kraft det krever bare noen få målinger og noen enkle beregninger.

Bruksanvisning

Bestemme Force of Your Catapult

1 Begynn ved veiing din prosjektil. For de nødvendige beregningene som følger, er det best å ta opp massen i kilo.

2 Før du starter din prosjektil, komme i posisjon for å måle: hvor lang tid det tar armen til å reise fra hvileposisjon til å treffe tverrliggeren, hvor lenge prosjektilet tar å nå maksimal høyde, hvor langt prosjektilet reiser og hvor lang tid det tar å nå innvirkning . Siden katapult flytter en så høye hastigheter - kan det være lurt å ha en assistent med en stoppeklokke overtakelse ett av målingen tid, bruker et videokamera for å fange katapult i aksjon og ta målinger basert på videoopptak, eller bruke flere forsøk å få alle dine datapunkter.

3 Bestemme start horisontal hastighet (Vh) ved hjelp av prosjektilets innvirkning avstand (d) og hvor lang tid det tok for å komme dit, forutsatt at prosjektilet var på reise i samme horisontale hastighet ved sammenstøt: (Th): Vh = d / Th . For eksempel, en avstand på 100 meter på 10 sekunder er: Vh = 100/10 = 10 meter per sekund.

4 Bestem innledende vertikale hastighet (v) ved å bruke tid det tok for prosjektilet for å oppnå maksimal høyde (Tmax), tyngdens akselerasjon (-9.8 m / sek ^ 2) og den vertikale hastighet ved maksimal høyde, som er lik null: Vv = 0 - (gravitasjon

Tmax). Så, hvis prosjektilet tok fem andre for å nå maksimal høyde: Vv = 0 - (-9.8 5 sekunder) = 49,4 meter / sekund.

5 For å bestemme total hastighet (Vtotal) basert på horisontal hastighet (Vh) og vertikal hastighet (Vv) som bestemmes i de to siste trinnene, bruker vi formelen: Vtotal = kvadratroten av (Vv squared + Vh squared). Ved hjelp av sifrene I forrige trinnene vi ville få: Vtotal = kvadratroten av (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = kvadratroten av (100 + 2440) = ca 50 meter / sekund.

6 Deretter må vi finne ut akselerasjon av vår prosjektil (Aproj) ved å ta den innledende hastighet av prosjektilet (Vinitial) og dele det på den tiden det tok å nå at hastigheten (Tinitial). Så, hvis Tinitial er 0,25 sekunder: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 meter / sekund ^ 2.

7 Multiplisere denne akselerasjon (Aproj) av massen av prosjektilet (Mproj), og man har mengden av kraft som utøves av katapulten (fcat) på prosjektilet. Så hvis Mproj er en kilo: fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / sekund ^ 2 = 200 Newton (en standard enhet av makt).

Hint

• Det er best å bruke en metrisk målebånd for å registrere dine data siden den enkleste tall for tyngdens akselerasjon (-9.8 meter / sekund ^ 2) er i beregning.
• Før skyting katapult, sørg for at det ikke vil føre til skade på personer eller eiendom.