Les catapultes, ces anciennes armes de siège, sont essentiellement des leviers géants alimentés par l'énergie stockée. Leur opération implique une combinaison de principes de base de la physique:
1. Énergie potentielle:
- Stockage de l'énergie: La clé du pouvoir d'une catapulte réside dans sa capacité à stocker l'énergie. Cette énergie est initialement stockée comme énergie potentielle En étirant ou en pliant un matériau fort (comme un ressort, une corde ou un bras de corde tordu). La quantité d'énergie potentielle stockée dépend de la rigidité du matériau et de la quantité de déformation.
- Conversion en énergie cinétique: Lorsque la catapulte est libérée, cette énergie potentielle stockée est rapidement convertie en énergie cinétique , L'énergie du mouvement. Cette énergie cinétique est transmise au projectile.
2. Action du levier:
- Force d'amplification: Le système de levier de catapulte agit comme un multiplicateur de force. Le bras long (où se trouve le projectile) déplace une distance plus grande que le bras court (où l'énergie stockée est libérée). Cet effet de levier augmente la vitesse du projectile et, par conséquent, son énergie cinétique.
3. Momentum et trajectoire:
- Momentum linéaire: L'élan final du projectile (Mass X Velocity) est le résultat direct du transfert d'énergie de la catapulte.
- Trajectoire de projectile: Le projectile suit une trajectoire parabolique en raison de l'influence de la gravité. L'angle de lancement, la vitesse initiale et la gravité déterminent la plage et la hauteur du projectile.
Types de catapultes et leurs variations:
- catapultes de traction: Utilisez un treuil et une corde pour retirer un bras de levier, stockant l'énergie dans la tension de la corde.
- Catapultes de tension: Utilisez une corde étirée ou des ressorts pour stocker l'énergie, en le libérant lorsque la corde est coupée ou que le ressort est libéré.
- catapultes de torsion: Utilisez la torsion d'un paquet de cordes ou de câbles pour stocker l'énergie, en réalisant des sorties à haute puissance.
en résumé:
- Les catapultes utilisent les principes du stockage et de la conversion potentiels d'énergie en énergie cinétique.
- Ils utilisent un système de levier pour amplifier la force et augmenter la vitesse de projectile.
- La trajectoire du projectile est régie par l'élan et la gravité, impactant la distance et la hauteur de lancement.
Ces principes de base de la physique, combinés à une ingénierie intelligente, ont permis aux catapultes de jouer un rôle important dans la guerre et la construction pendant des siècles.
