L'opération d'une catapulte repose sur l'interaction de plusieurs principes physiques fondamentaux:
1. Énergie potentielle:
* Le bras de catapulte est initialement maintenu à une position élevée, stockant énergie potentielle en raison de sa position par rapport au champ gravitationnel de la Terre.
* Plus le bras est élevé, plus l'énergie est stockée potentielle.
2. Conservation de l'énergie:
* Lorsque la catapulte est libérée, l'énergie potentielle stockée dans le bras est convertie en énergie cinétique Alors que le bras accélère vers le bas.
* Cette conversion adhère à la loi de conservation de l'énergie , où l'énergie totale (potentiel + cinétique) reste constante.
3. Momentum et impulsion:
* Le mouvement vers le bas du bras donne une grande impulsion au projectile, en transférant de l'élan.
* impulsion est le changement d'élan d'un objet, et il est directement proportionnel à la force appliquée et à la durée de la force.
* Cette impulsion fait accélérer le projectile à une vitesse élevée.
4. Effet de levier et avantage mécanique:
* Le bras de catapulte agit comme un levier, amplifiant la force appliquée au projectile.
* Ce Avantage mécanique est déterminé par le rapport de la distance entre le point d'appui (le point de pivot) au point où la force est appliquée (le bras) à la distance entre le point d'appui au point où le projectile est libéré.
5. Mouvement projectile:
* Une fois lancé, le projectile suit une trajectoire parabolique régi par les lois de la motion de projectile.
* Cette trajectoire est déterminée par la vitesse initiale du projectile, l'angle de lancement et l'accélération due à la gravité.
6. Tension et élasticité:
* Dans certaines catapultes, comme le Trebuchet , le bras est tiré par une corde tendue ou un matériau élastique.
* L'énergie potentielle élastique stockée dans cette tension contribue à l'énergie transférée au projectile.
7. Couple et mouvement de rotation:
* La rotation du bras est entraînée par couple , qui est le produit de la force appliquée et la distance entre le point d'appui au point où la force est appliquée.
* Le mouvement de rotation du bras est crucial pour le transfert efficace d'énergie au projectile.
Ces principes travaillent ensemble pour créer le puissant mécanisme de lancement d'une catapulte, permettant le lancement de projectiles lourds à des distances et des vitesses importantes. La conception spécifique d'une catapulte peut optimiser ces principes à différentes fins, ce qui entraîne des variations telles que l'Onager, le Trebuchet et le Mangonel.
