Heç düşünmüsünüzmü, məhkəmə-tibb alimləri və müstəntiqləri güllənin sürətini necə hesablayırlar? Mərminin necə hərəkət etdiyini və ya bir şeyə nə qədər güclü zərbə vurduğunu öyrənməyə nə deyirsiniz?
Balistik sarkaç ballistika dünyasını dəyişən və bu gün bildiyimiz kimi məhkəmə tibb elminə yol açan bir vasitədir.
Bir mühəndislik tələbəsi və ya mühəndis kimi, ballistik sarkacın necə işlədiyini və necə işlədiyini başa düşmək vacibdir.
Bu bloq yazımda mən bu maraqlı cihazın arxasında duran elmə, o cümlədən onun necə işlədiyinə, əməl etdiyi qaydalara, mühəndislik və digər sahələrdə əhəmiyyətinə baxacağam.
Beləliklə, laboratoriya paltarınızı geyin və başlayaq!
Balistik sarkaçla tanışlıq
Formal tərif:
Bir mərminin sürətini təyin etmək üçün asılmış ağırlığın əyilməsindən istifadə edən cihaz.
Balistik sarkaç güllə kimi bir mərminin sürətini və kinetik enerjisini ölçmək üçün istifadə edilən sadə, lakin təsirli bir cihazdır.
O, iki simlə asılmış və sarkaç bob kimi xidmət edən böyük bir taxta blokdan ibarətdir.
İş prinsipi
Bir güllənin sürətini ballistik sarkaçla ölçmək üçün bir güllə ipdən asılmış taxta bloka atılır.
Güllə blokda ilişib qalır, bu da bütün blok və güllə sisteminin h hündürlüyünə yellənməsinə səbəb olur.
Mexanik enerjinin saxlanması deyir ki, 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, burada m güllənin kütləsi, M blokun kütləsi, vf onların toqquşmadan sonrakı son sürəti, h isə onların ən yüksək nöqtəsi.
Qoruma haqqında qanunlar
Balistik sarkaçda mərminin ilkin sürətinin hesablanmasında iştirak edən qorunma qanunları impulsun saxlanması və enerjinin saxlanması qanunlarıdır.
Qəza zamanı impuls eyni, qəzadan sonra isə enerji eyni saxlanılır.
Mərmi ən yüksək nöqtəyə çatdıqda, başlanğıcda malik olduğu kinetik enerji potensial enerjiyə çevrilir.
Sarkaç geriyə doğru yelləndikcə cazibə potensial enerjisi yenidən kinetik enerjiyə çevrilir.
Debatda qalib gəlməyin qeyri-ənənəvi yolu: ballistik sarkaç
Hələ başa düşmək çətindir? İcazə verin, baxış bucağını bir az dəyişim:
İnsanlar qələmin qılıncdan güclü olduğunu söyləyirlər, bəs ballistik sarkaç? Əsaslandırma və dəqiq ölçmələrlə narahat olmayın.
Növbəti dəfə qızğın mübahisə etdiyiniz zaman etibarlı ballistik sarkaçınızı tutun və onun danışmasına icazə verin.
Axı, mərminin nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini anlamaq üçün atılan çəkidən istifadə edən cihaz kimi heç bir şey “mən haqlıyam” demir.
Tamam, bu, sadəcə televiziya reklamı kimi görünmək üçün edilən zarafat idi.
İndi isə izahata qayıdaq.
Balistik sarkacın funksiyasını başa düşmək
Cihaz iki simlə bərkidilmiş böyük taxta blokdan ibarətdir.
Bu blok sarkaç bobdur.
Elastik olmayan toqquşma ballistik sarkaçdır.
Bu cür toqquşmada bir-birinə dəyən şeylər bir-birinə yapışır və kinetik enerji eyni qalmır.
Taxta bloka güllə vurulduqda, güllə blokda ilişib qalır və blok və güllə birlikdə güllə və blokun nə qədər ağır olduğundan asılı olan yüksəkliyə yellənir.
Bu qeyri-elastik toqquşmaya misaldır, çünki kinetik enerji eyni qalmır.
Sürəti necə müəyyənləşdirmək olar
Sarkacın yelləncəyinin ölçüsü güllənin impulsunu müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər, daha sonra sürətini anlamaq üçün istifadə edilə bilər.
Bir mərminin nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini anlamaq üçün ballistik sarkaçdan istifadə edərkən vaxtı ölçməyə ehtiyac yoxdur.
Bunun əvəzinə yalnız kütlə və məsafəni ölçmək lazımdır.
Bir mərminin sürətini birbaşa ölçə bilən xronoqraflar əsasən ballistik sarkacın yerini alıb.
Lakin o, hələ də siniflərdə təcil və enerjinin qorunmasının necə işlədiyini göstərmək üçün istifadə olunur.
Mərmi sürətinin və digər parametrlərin hesablanması
Bir ballistik sarkacın köməyi ilə mərminin ilkin sürətini müəyyən etmək üçün sarkacın sərbəst yelləncək hissəsinə bir güllə atılır.
İki obyekt bir-birinə dəydikdən sonra sarkaç ən yüksək nöqtəyə yellənir və bob və güllənin birləşmiş sürəti dəyişir.
İmpulsun qorunmasından güllənin və bobun kütlələri və sarkacın çatdığı hündürlük baxımından güllənin ilkin sürətini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər.
Güllə və bob bir-birinə dəyməzdən əvvəl hər ikisinin sürəti eyni idi.
Sarkacın ən yüksək nöqtəsinə nə qədər hündürlükdə getdiyini ölçməklə, əvvəlcə güllənin nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini anlaya bilərsiniz.
Məsafə və vaxtdan istifadə edərək mərmi sürətinin hesablanması
Başqa bir şəkildə, mərminin ilkin sürəti onun üfüqi istiqamətdə nə qədər hərəkət etdiyini ölçməklə müəyyən edilə bilər.
Sarkaç bu üsulda istifadə edilmir və təcrübəyə mane olmamaq üçün onu menteşələrindən çıxarmaq olar.
Mərmi üfüqi şəkildə atılır və onun məsafəsi ölçülür.
Bu nömrə ilə uçuşun nə qədər davam edəcəyini anlamaq üçün tənlikdən istifadə edə bilərik (6).
Sonra x = v0 t tənliyindən istifadə edərək, burada V0 mərminin ilkin sürətidir, biz ilkin sürəti müəyyən edə bilərik.
Kordon üzərində qüvvənin hesablanması
Zərbədən dərhal sonra şnurdakı qüvvəni anlamaq üçün impuls və enerjiyə qənaət qanunlarından istifadə edə bilərik.
Güllənin sürətinin dəyişməsi onun bloka vurduğu qüvvəyə bərabərdir.
Təsirdən əvvəl və sonra impulsun eyni qalması faktından istifadə edərək bunu anlaya bilərik.
Güllənin ilkin impulsu p = mv0 tənliyi ilə verilir, burada m güllənin kütləsi və v0 ilkin sürətidir.
Toqquşmadan sonra ümumi kütlə (m + M) vf adlanan sürətlə hərəkət edir.
İmpulsun qorunma qanunu bizə deyir ki, mv0 = (m + M)vf.
vf üçün həll edə bilərik: vf = mv0 / (m + M).
Bloka güllənin verdiyi impuls sonra verilir: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Şnurun yerə dəydikdən dərhal sonra onun üzərində nə qədər qüvvə olduğunu anlamaq üçün enerjinin saxlanması qanunundan istifadə edə bilərik.
Zərbədən əvvəl ümumi mexaniki enerji, zərbədən sonrakı ümumi mexaniki enerji ilə eynidir: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, burada g, səbəb olduğu sürətlənmədir. Cazibə və h blok və güllə sisteminin çata biləcəyi ən yüksək nöqtədir.
Əvvəlki tənliyimizdən istifadə edərək vf üçün həll edə və onu bu tənliklə əvəz edə bilərik: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+) M)gh.
Bu tənliyi mümkün qədər sadə etməklə əldə edirik: v02 = 2gh / (1+M/m).
Nyutonun ikinci qanunu şnurdakı F qüvvəsini necə tapacağımızı izah edir: F = I / t, burada t blok və güllə sisteminin hərəkətini dayandırması üçün lazım olan vaxtdır.
Sarkacın yelləncək bucağının hesablanması
Mərminin ilkin sürəti sarkacın nə qədər yuxarı qalxmasından və sarkacın və mərminin nə qədər ağır olmasından asılıdır.
Bir mərmi sarkata dəydikdə, sarkaç tarazlıq mövqeyindən maksimum bucağına doğru hərəkət edir.
Balistik sarkaç təcrübələrinə təsir edən amillər
Balistik sarkaç təcrübəsində ipdən asılmış taxta bloka güllə atılır.
Bu, hər şeyin h hündürlüyünə qədər yellənməsinə səbəb olur.
Dəqiq nəticələr əldə etmək üçün səhv mənbələrini minimuma endirmək vacibdir.
Balistik sarkaçla laboratoriya təcrübəsi zamanı ölçmə vasitələri mükəmməl olmadığı, atış həmişə eyni olmadığı və ya tənliklər düzgün şəkildə qurulmadığı üçün səhvlər baş verə bilər.
Səhv Mənbələrinin Azaldılması
Səhvləri azaltmaq üçün bir neçə şey edilə bilər.
Birincisi, yaxşı işləyən və eyni qalan bir sarkaç hazırlayın.
Bu, yivli çubuqun plastik qutuya bərkidilməsi və tarazlığın mərkəzini qutunun mərkəzinə yaxın etmək üçün çəki əlavə etməklə edilə bilər.
Kütlənin mərkəzinin yerini diqqətlə qeyd edin və cihazı qələmlə tarazlaşdıraraq yoxlayın.
İkincisi, sim və hökmdar hərəkətsiz qalaraq ölçmələr düzgün aparılmalıdır.
Təcrübədə istifadə olunan avadanlığın dayanıqlı və təhlükəsiz olmasını təmin etməklə bunu etmək olar.
Üçüncüsü, mərmi düz xəttlə atılmalı və hər dəfə eyni şəkildə tutulmalıdır.
Bunun bir yolu, köpükün mərmi hər dəfə işləyəcək şəkildə tutması üçün bir yol yaratmaqdır.
Qabaqcıl Avadanlığın İstifadəsi
Müasir avadanlıqdan istifadə də səhvləri azaltmağa kömək edə bilər.
Məsələn, daha dəqiq bucaq oxuyucusu istifadə edərək ölçmələri daha dəqiq etməyə kömək edə bilər.
Bundan əlavə, təcrübələrin bir neçə dəfə təkrarlanması və hər sınaqdan sonra məlumatların qeyd edilməsi verilənlərdəki hər hansı uyğunsuzluqları və ya kənar göstəriciləri müəyyən etməyə kömək edə bilər.
Yekun olaraq qeyd edək ki, ballistik sarkaç laboratoriya təcrübəsində səhvlərin azaldılması dəqiq sarkaç aparatının qurulması, məsafələrin dəqiq ölçülməsi, düzgün tutma mexanizmləri ilə ardıcıl olaraq düz atışların aparılması, mümkün olan yerlərdə qabaqcıl avadanlıqdan istifadə edilməsi və təcrübələrin dəfələrlə təkrarlanması kimi addımların atılmasını nəzərdə tutur.
Səhvlərin baş verə biləcəyi yerlərin sayını azaltmaqla eksperiment daha dəqiq aparıla bilər ki, bu da daha etibarlı nəticələrə gətirib çıxaracaq.
Collisions Demo: Balistik Sarkaç
İpucu: Əgər ehtiyacınız varsa, başlıq düyməsini yandırın. Danışıq dili ilə tanış deyilsinizsə, parametrlər düyməsində “avtomatik tərcümə” seçin. Sevimli diliniz tərcümə üçün əlçatan olmadan əvvəl videonun dilini klikləməlisiniz.
İstifadə halları
| İstifadə olunur: | Təsvir: |
|---|---|
| Mərminin sürətinin ölçülməsi: | Balistik sarkacın əsas istifadəsi mərminin sürətini ölçməkdir. Mühəndislər və elm adamları mərmi dəydikdən sonra asılmış ağırlığın nə qədər hərəkət etdiyini ölçməklə, mərminin çəkiyə dəydiyi zaman nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini anlaya bilərlər. |
| Güllə Kalibrasiyası: | Güllələrin dəqiq və ardıcıl olmasına əmin olmaq üçün ballistik sarkaçlardan istifadə olunur. Cihaz güllənin kinetik enerjisini, impulsunu və sürətini təyin edə bilər, bundan sonra güllənin dizaynını və istehsalını tənzimləmək üçün istifadə edilə bilər. |
| Balistik hadisələrin araşdırılması: | Məhkəmə ekspertləri ballistik hadisələri araşdırmaq üçün ballistik sarkaçlardan istifadə edə bilərlər. Mərminin yoluna və sürətinə baxaraq, onlar cinayətləri və ya qəzaları həll etməyə kömək edə biləcək vacib məlumatları əldə edə bilərlər. |
| Testlər üçün materiallar: | Ballistik sarkaçlar zireh və qoruyucu vasitə kimi şeylərin davamlılığını və effektivliyini yoxlamaq üçün istifadə olunur. Materiala mərmilər ataraq və sarkacın əyilməsini ölçməklə mühəndislər və elm adamları mərmi dayandırmaq və ya yavaşlatmaqda materialın effektivliyini qiymətləndirə bilərlər. |
| Balistika üzrə Tədqiqatlar: | Tədqiqatçılar mərmilərin müxtəlif vəziyyətlərdə necə davrandığını öyrənmək üçün ballistik sarkaçlardan istifadə edirlər. Alimlər mərminin yoluna və sürətinə hava müqaviməti, cazibə qüvvəsi və təsir bucağı kimi amillərin necə təsir etdiyini anlaya bilirlər. |
Nəticə
Balistik sarkaç dünyasına turumuzun sonuna gəldiyimiz üçün onu yaradan insanların yaradıcılığına heyran olmaya bilmirik.
Balistik sarkaç ilk yaradıldığı gündən bəri ballistika və məhkəmə ekspertizası sahələrinin mühüm hissəsi olmuşdur.
Lakin ballistik sarkaç həm də nəzəriyyə və prinsiplərin real dünyada istifadə olunduğu nöqtədə elm və mühəndisliyin necə birləşdiyinə yaxşı bir nümunədir.
Bu, elmi kəşflərin və yeni ideyaların nə qədər əhəmiyyətli olduğunu və onların yaşadığımız dünyanı necə formalaşdırdığını və dəyişdirdiyini göstərir.
Beləliklə, elmi araşdırmaların sərhədlərini zorlamağa davam edərkən, haradan gəldiyimizi və günümüzün yeniliklərini mümkün edən cihazları və fikirləri unutmayaq.
Bağlantılar və istinadlar
Müasir Fizika ilə Universitet Fizikası
Paylaşın...
