Баллистика: Измерьте скорость снаряда с помощью баллистического маятника.
Если вы не хотите покупать дорогой коронограф, вы можете использовать баллистический маятник, несколько устаревший метод, но всегда точный и надежный. Баллистический маятник, возникший в 1700-х годах, заложил основы современной баллистики.
Специалисты по баллистике и любители перезарядки патронов часто используют хронограф - прибор, с помощью которого точно определяется скорость пули. С другой стороны, те, кто не хочет покупать хронограф, могут использовать старый метод баллистического маятника, с помощью которого можно получить более чем надежные данные без каких-либо затрат.
Кассини-младший в 1707 году придумал использовать маятник для определения скорости пули, но более поздние ученые, такие как Б. Робинс, Диддион, Морен и Пиоберт, разработали производный инструмент, названный баллистическим маятником. Последний был инструментом, заложившим основы современной баллистики. Теоретический принцип, лежащий в основе баллистического маятника, очень прост: оружие должно быть направлено на маятниковую массу, состоящую из материала, способного удерживать пулю и создавать неупругое столкновение.
Выстреливая пуля, она входит в маятниковую массу и передает ей импульс. Исходя из теоремы о сохранении количества движения и вспоминая законы маятникового движения, мы получаем импульс маятниковой массы исходя из амплитуды ее колебаний и, следовательно, скорости снаряда.
Зная вес P маятниковой массы и p вес снаряда, путем сложения P и p получается вес маятника с ведомым снарядом; учитывая скорость, приобретаемую маятником la V, и v скорость снаряда до удара, мы получим следующую формулу: p • v = (P + p) • V, из которой мы приходим к обратной формуле: V = (p • v) / (P + p).
Под влиянием удара маятник приобретает скорость и, следовательно, живую силу E, выражаемую формулой E = (P + p) xVª / 2 × 9.81, которая заставляет его подниматься на определенное пространство h, где он трансформируется. в потенциальную энергию Ep = (P + p) • h.
Поскольку E = Ep, мы можем сложить два выражения вместе и вывести, что V дается квадратным корнем из hx2x9.81, то есть формулы, относящейся к падению тел. Это значение должно соответствовать полученному от импульса и, следовательно, получается формула:
Высота h не может быть определена напрямую, но может быть выражена тригонометрически как функция длины l маятника и амплитуды угла колебания по формуле h = l • (1-cosã).
В конечном итоге следует применить следующую формулу:в котором единственное неизвестное - это угол альфа, который необходимо время от времени измерять. Длина l маятника может быть косвенно определена физическими законами движения маятника: продолжительность D в секундах колебания идентифицируется с помощью хронометра, например, путем подсчета количества колебаний, совершенных за одну минуту, и отсюда длина в метрах по формуле l = 0,248 • D².
Вместо измерения амплитуды угла колебания маятника может быть проще измерить амплитуду s дуги, пересекаемой одной из его точек, и оттуда вернуться к углу альфа, используя формулу:
где L представляет собой эффективное расстояние между точкой, вокруг которой вращается маятник, и точкой, отслеживающей дугу.
В следующей статье мы объясним, как сделать баллистический маятник.