Probablement l'une des armes les plus célèbre, ou tristement célèbre, siège - la catapulte a été utilisé pour lancer des projectiles dans un bastion ennemi dans une tentative d'affaiblir ses défenses soit ou briser la volonté de ceux qui l'abri à l'intérieur. D'un physique de point de vue, la catapulte est en fait un simple levier, avec le pivotement du bras de catapulte sur un pivot jusqu'à ce qu'une barre transversale arrête le bras et libère le projectile assis dans le seau à l'extrémité du bras. Si vous avez accès à une catapulte ou de faire une simple - la détermination de la force de celui-ci ne nécessite que quelques mesures et des calculs simples.
Commencez par peser votre projectile. Pour les calculs nécessaires qui suivent, il est préférable d'enregistrer la masse en kilogrammes.
Avant de lancer votre projectile, se mettre en position pour mesurer: combien de temps il prend le bras pour se rendre de la position de repos de frapper la barre transversale, combien de temps le projectile prend pour atteindre la hauteur maximale, dans quelle mesure les voyages de projectiles et combien de temps il faut pour atteindre l'impact . Depuis la catapulte se déplace de telles vitesses élevées - vous voudrez peut-être d'avoir un assistant avec un chronomètre prise de contrôle d'une de la mesure du temps, utiliser une caméra vidéo pour capturer la catapulte dans l'action et prendre des mesures sur la base de la séquence vidéo, ou utilisez plusieurs essais d'obtenir tous vos points de données.
Déterminer la vitesse initiale horizontale (VH) en utilisant la distance du projectile d'impact (d) et la longueur de temps qu'il a fallu pour y arriver, en supposant que le projectile se déplaçait à la même vitesse horizontale lors de l'impact: (Th): Vh = d / Th . Par exemple, une distance de 100 mètres à 10 secondes est: Vh = 100/10 = 10 mètres par seconde.
Déterminer la vitesse verticale initiale (VV) en utilisant le temps qu'il a fallu le projectile pour atteindre sa hauteur maximale (Tmax), l'accélération de la pesanteur (-9,8 m / s ^ 2) et la vitesse verticale à la hauteur maximale, qui est nulle: Vv = 0 - (gravité Tmax). Donc, si le projectile a pris cinq secondes pour atteindre la hauteur maximale: Vv = 0 - (-9,8 5 secondes) = 49,4 mètres / seconde.
Pour déterminer la vitesse totale (Vtotal) basé sur la vitesse horizontale (VH) et la vitesse verticale (VV) telle que déterminée dans les deux dernières étapes, nous utilisons la formule: Vtotal = la racine carrée de (VV carré + Vh carré). En utilisant les chiffres donnés dans les étapes précédentes, nous obtiendrions: Vtotal = la racine carrée de (10 ^ 2 + 49,4 ^ 2) = la racine carrée de (100 + 2440) = environ 50 mètres / seconde.
Ensuite, nous devons déterminer l'accélération de notre projectile (Aproj) en prenant la vitesse initiale du projectile (Vinitial) et en le divisant par le temps qu'il a fallu pour atteindre cette vitesse (Tinitial). Donc, si Tinitial est 0,25 secondes: Aproj = Vinitial / Tinitial = 50 / 0,25 = 200 mètres / seconde ^ 2.
Multipliez cette accélération (Aproj) par la masse du projectile (Mproj) et vous avez le montant de la force exercée par la catapulte (Fcat) sur le projectile. Donc, si Mproj est un kilogramme: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / seconde ^ 2 = 200 Newtons (une unité standard de la force).