Probablement l'une des armes de siège les plus célèbres ou les plus infâmes - la catapulte servait à lancer des projectiles dans une forteresse ennemie dans le but d'affaiblir ses défenses ou de briser la volonté de ceux qui étaient à l'intérieur. D'un point de vue physique, la catapulte est en fait un simple levier, avec le bras de la catapulte pivotant sur un point d'appui jusqu'à ce qu'une traverse arrête le bras et relâche le projectile dans le seau au bout du bras. Si vous avez accès à une catapulte ou en faites une simple, en déterminer la force, il suffit de quelques mesures et de quelques calculs simples.

Déterminer la force de votre catapulte

Commencez par peser votre projectile. Pour les calculs nécessaires, il est préférable d'enregistrer la masse en kilogrammes.

Avant de lancer votre projectile, mettez-vous en position pour mesurer: combien de temps il faut au bras pour passer de la position de repos à la barre transversale, combien de temps le projectile prend pour atteindre la hauteur maximale, la distance parcourue par le projectile et le temps qu'il faut pour atteindre l'impact. Puisque la catapulte se déplace à une telle vitesse - vous pouvez avoir besoin d'un assistant avec une prise de chronomètre une mesure du temps, utilisez une caméra vidéo pour capturer la catapulte en action et prendre des mesures basées sur le métrage vidéo, ou utiliser plusieurs essais

Déterminer la vitesse horizontale initiale (Vh) en utilisant la distance d'impact du projectile (d) et le temps qu'il a fallu pour y arriver, en supposant que le projectile se déplaçait à la même vitesse. vitesse horizontale à 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 nécessaire pour que le projectile atteigne sa hauteur maximale (Tmax), l'accélération de la pesanteur (-9,8 mètres /seconde ^ 2) et la vitesse verticale à la hauteur maximale, qui est zéro: Vv = 0 - (gravité * Tmax). Donc, si le projectile a pris 5 secondes pour atteindre la hauteur maximum: Vv = 0 - (-9.8 * 5 secondes) = 49.4 mètres /seconde.

Pour déterminer la vitesse totale (Vtotal) basée 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 au carré + Vh au carré). En utilisant les nombres 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.

Suivant , nous devons déterminer l'accélération de notre projectile (Aproj) en prenant la vitesse initiale du projectile (Vinitial) et en la 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 quantité de force exercée par la catapulte (Fcat) sur le projectile. Donc, si Mproj est de 1 kilogramme: Fcat = Mproj x Aproj = 1 x 200 = 200 kg * m /seconde ^ 2 = 200 Newtons (une unité de force standard).

TL; DR (Trop long; 't Read)

Il est préférable d'utiliser un mètre métrique pour enregistrer vos données car le chiffre le plus simple pour l'accélération de la gravité (-9,8 mètres /seconde ^ 2) est en métrique.

Avertissement

Avant de tirer votre catapulte, assurez-vous qu'elle ne causera pas de dommages aux personnes ou aux biens.