Probablemente una de las armas de asedio más famosas e infames: la catapulta se utilizó para lanzar proyectiles en un bastión enemigo en un intento de debilitar sus defensas o de romper la voluntad de los que están al abrigo. Desde un punto de vista físico, la catapulta es en realidad una simple palanca, con el brazo de la catapulta girando sobre un punto de apoyo hasta que una barra transversal detiene el brazo y libera el proyectil que se encuentra en el cubo al final del brazo. Si tiene acceso a una catapulta o hace una simple, determinar su fuerza solo requiere unas pocas medidas y algunos cálculos simples.
determinando la fuerza de tu catapulta
Comience pesando su proyectil. para los cálculos necesarios que siguen, es mejor registrar la masa en kilogramos.
antes de lanzar su proyectil, póngase en posición para medir: cuánto tarda el brazo en desplazarse desde la posición de reposo para golpear la barra transversal, cuánto tarda el proyectil en alcanzar la altura máxima, qué tan lejos viaja el proyectil y cuánto tarda en alcanzar el impacto . ya que la catapulta se mueve a velocidades tan altas, es posible que desee tener un asistente con un cronómetro que tome una de las mediciones de tiempo, use una cámara de video para capturar la catapulta en acción y tome medidas basadas en las secuencias de video, o use varias pruebas para obtener todos sus puntos de datos.
determine la velocidad horizontal inicial (vh) usando la distancia de impacto del proyectil (d) y la cantidad de tiempo que tomó para llegar allí, asumiendo que el proyectil viajaba a la misma velocidad horizontal en el impacto: (th): vh = d / th . por ejemplo, una distancia de 100 metros a 10 segundos es: vh = 100/10 = 10 metros por segundo.
determine la velocidad vertical inicial (vv) usando el tiempo que tardó el proyectil en alcanzar su altura máxima (tmax), la aceleración de la gravedad (-9.8 metros / segundo ^ 2) y la velocidad vertical a la altura máxima, que es cero: vv = 0 - (gravedad * tmax). entonces, si el proyectil tomó 5 segundos para alcanzar la altura máxima: vv = 0 - (-9.8 * 5 segundos) = 49.4 metros / segundo.
Para determinar la velocidad total (vtotal) en función de la velocidad horizontal (vh) y la velocidad vertical (vv) como se determinó en los dos últimos pasos, usamos la fórmula: vtotal = la raíz cuadrada de (vv al cuadrado + vh al cuadrado). utilizando los números dados en los pasos anteriores obtendríamos: vtotal = la raíz cuadrada de (10 ^ 2 + 49.4 ^ 2) = la raíz cuadrada de (100 + 2440) = aproximadamente 50 metros / segundo.
a continuación, debemos determinar la aceleración de nuestro proyectil (aproj) tomando la velocidad inicial del proyectil (vinial) y dividiéndola por el tiempo que tomó alcanzar esa velocidad (mineral). entonces, si el número de minutos es 0.25 segundos: aproj = vinitial / tinitial = 50 / 0.25 = 200 metros / segundo ^ 2.
multiplique esta aceleración (aproj) por la masa del proyectil (mproj) y tendrá la cantidad de fuerza ejercida por la catapulta (fcat) sobre el proyectil. entonces si mproj es 1 kilogramo: fcat = mproj x aproj = 1 x 200 = 200 kg * m / segundo ^ 2 = 200 newtons (una unidad de fuerza estándar).
advertencia
Antes de disparar su catapulta, asegúrese de que no cause daños a personas o propiedades.