Mühəndislər olaraq bizdən tez-tez havadan keçmək və ya yerin səthinə qazma kimi çətin şəraitdə işləməli olan maşınlar düzəltməyi xahiş edirlər.
Bu cür vəziyyətlərdə ballistik trayektoriyanın necə işlədiyini bilmək missiyanın uğuru üçün çox vacibdir.
Müasir silahların, kosmik gəmilərin və hətta idman avadanlıqlarının əsas ideyası ballistik trayektoriyadır ki, bu da yalnız cazibə qüvvəsi və hava müqavimətinin təsirinə məruz qalan mərminin yoludur.
Silahdan atılan güllədən gəmidən atılan raketə qədər bu obyektlər ballistik trayektoriya qaydalarına uyğun hərəkət edir.
Mühəndislər mərminin getdiyi yerə getməsinə nəyin səbəb olduğunu bilməklə, performans, dəqiqlik və təhlükəsizlik baxımından daha yaxşı sistemlər yarada bilərlər.
Bu yazıda ballistik trayektoriyanın nə qədər mürəkkəb olduğunu, mühəndislikdə necə istifadə edildiyini, nəyi edə bilməyəcəyini və necə sınaqdan keçirəcəyini nəzərdən keçirəcəyəm.
Beləliklə, istər təcrübəli mühəndis, istərsə də təcrübəli peşəkar olmağınızdan asılı olmayaraq, özünüzü bağlayın və ballistik trayektoriyanın füsunkar dünyasına dalmağa hazırlaşın.
Balistik Trayektoriyanı Anlamaq
Formal tərif:
Cismin izlədiyi trayektoriya yalnız cazibə qüvvələri və onun keçdiyi mühitin müqaviməti ilə müəyyən edilir.
Balistik trayektoriya, atılan, atılan, endirilən, xidmət edilən və ya vurulan, lakin havadan keçərkən öz-özünə hərəkət etməyən bir cismin yoludur.
Tamamilə ilkin sürət, cazibə qüvvəsi və hava müqavimətinin təsirləri ilə təyin olunur.
Klassik mexanikada cismin yolu onun harada olması və müəyyən bir zamanda nə qədər sürətlə hərəkət etməsi ilə müəyyən edilir.
Bu, kanonik koordinatlardan və Hamilton mexanikasından istifadə etməklə həyata keçirilir.
Balistik trayektoriyalar digər trayektoriya növlərindən fərqlənir, çünki onların aktiv hərəkəti yoxdur.
Lakin cazibə qüvvəsi və hava müqaviməti paraşüt və ya planerin yolu kimi digər trayektoriya növlərinə də təsir edə bilər.
Balistik trayektoriyada cisimlərin hərəkətini başa düşmək
Bir cismə cazibə qüvvəsi təsir etdikdə, onun hərəkəti tamamilə onun nə qədər sürətlə və hansı bucaq altında atıldığı ilə müəyyən edilir.
Düşmənlərin hərəkət etdiyi video oyunlarında, hərəkət edən hədəflərə dəyən güllələrin hara gedəcəyini anlamaq üçün alqoritmlərdən istifadə edilir.
Obyektin lazımi yerə getdiyinə əmin olmaq üçün işə salma bucağı və sürəti diqqətlə hesablanmalıdır.
Balistik Trayektoriyanın Tətbiqləri
Video oyunlar, hədəfi vurmaq üçün düzgün bucaq altında mərmi atmağı öyrənmək üçün çox vaxt ballistik trayektoriyalardan istifadə edir.
Balistik trayektoriyalar, həmçinin güllə və raketlər kimi mərmilərin yolunu təxmin etmək və onların dəqiqliyini və məsafəsini yaxşılaşdırmaq üçün istifadə oluna bilən hərbi və mühəndislik kimi sahələrdə də mühüm istifadələrə malikdir.
Top güllələrindən raketlərə: ballistik trayektoriyanın füsunkar dünyası
Hələ başa düşmək çətindir? Baxış nöqtəsini bir az dəyişim:
Əgər nə vaxtsa bir pirat gəmisindən top gülləsi atmaq lazımdırsa, yüksək nişan almağı, cazibə qüvvəsini nəzərə almağı və topun okeana düşməməsi üçün dua etməyi unutmayın.
Axı o top gülləsinin yolu yalnız cazibə qüvvəsi və hava müqaviməti ilə müəyyən edilir və siz hədəfinizi əldən buraxıb Davy Jones 'Locker-a düşmək istəməzsiniz.
Bütün ciddiliklə, ballistik trayektoriya ideyası pirat gəmidən top atmaqdan qat-qat mürəkkəbdir və mühəndislər və alimlər bunun necə işlədiyini bilməlidirlər.
Beləliklə, gəlin yelkən açaq və hətta ən adi şeylərin də əfsanələrə çevrilə biləcəyi füsunkar ballistik trayektoriya dünyasına dalaq.
Tamam, bu, televiziya reklamına oxşayan bir zarafat idi.
İndi isə izahata qayıdaq.
Balistik trayektoriyaya təsir edən amillər
Balistik obyektin necə hərəkət etdiyini başa düşmək üçün onun yoluna təsir edən bir neçə şeyə baxmaq lazımdır.
Geniş mənada bunları iki qrupa bölmək olar: xarici amillər və daxili amillər.
Xarici amillər
- Ağırlıq.
Qravitasiya topun hara gedəcəyinə təsir edən ən vacib şeylərdən biridir.
O, obyektə -9,8 m/s2 şaquli sürətlənmə verir ki, bu da onun şaquli sürətinin hər saniyədə -9,8 m/s dəyişməsi deməkdir.
Əgər cismə təsir edən xarici qüvvələr yoxdursa, üfüqi sürət eyni qalır.
Yerə yaxın atılan və az hava müqaviməti olan cisimlərin uçuş yolu paraboladır.
- Sürtünmə və ya hava müqaviməti.
Sürtünmə adlanan hava müqaviməti sürət, kütlə və səth sahəsindən asılıdır.
Eyni kütlə və səth sahəsi olan mərmi nə qədər çox sürüklənsə, bir o qədər sürətlə hərəkət edər.
Mərminin necə hərəkət edəcəyini anlayarkən, hava müqavimətini nəzərə almaq lazımdır.
Hava müqaviməti güclü olduqda, uçuş yolunu müəyyən etmək daha çətindir.
Balistik əmsalı (BC) trayektoriya cədvəllərində mərminin məsafədəki sürətini və onun sürüklənməsini müəyyən etmək üçün istifadə olunur.
- Külək.
Küləyin sürəti və istiqaməti hərəkət edən obyektin yoluna böyük təsir göstərə bilər.
Uçuş zamanı külək mərminin kursundan çıxmasına səbəb ola bilər ki, bu da onun hara düşəcəyini söyləməyi çətinləşdirir.
Daxili faktorlar
- Başlanğıcda sürət.
Mərminin atılma sürəti ilkin sürətdir.
Mərmi nə qədər uzağa gedə bilsə, başlanğıcda bir o qədər sürətli hərəkət edir.
- Başlama bucağı.
Başlama bucağı mərminin üfüqi ilə göndərildiyi istiqamət arasındakı bucaqdır.
Hava müqaviməti çox olmadıqda, mərminin düz yerdəki məsafəsi onun atıldığı bucaqdan asılıdır.
- Obyektin forması və fırlanması.
Hava müqaviməti vacib olduqda, cismin forması və fırlanması onun uçuş yoluna təsir göstərir.
Balistik əmsalı (BC) bir cismin havada nə qədər yaxşı uça biləcəyini göstərir.
Bu, nə qədər çəkisi və nə qədər böyük olması kimi şeylərdən asılıdır.
Havanın təzyiqi və temperaturu.
Balistik obyektin yoluna hava təzyiqi və temperatur təsir edə bilər.
Havanın sıxlığı dəyişdikdə, sürükləmə obyekti yavaşlatır, bu da onun yolunu dəyişir.
Balistik Trayektoriyanın hesablanması
Problemin nə qədər çətin olduğundan asılı olaraq, mərminin dəqiq yolunu tapmaq üçün müxtəlif riyazi tənliklərdən istifadə edə bilərsiniz.
Adi Diferensial Tənliklər (ODE) tez-tez çəkisi və hava müqaviməti nəzərə alındıqda mərminin necə hərəkət etdiyini anlamaq üçün istifadə olunur.
Lakin mərminin hara gedəcəyini anlamaq üçün ədədi inteqrasiya üsullarından da istifadə edə bilərsiniz.
Sabit sürətlənmə tənlikləri
Daimi sürətlənmə tənlikləri ilə siz mərminin harada olduğunu, nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini və istənilən vaxt nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini anlaya bilərsiniz.
Nyutonun hərəkət qanunlarının tətbiqi bu tənliklərə gətirib çıxarır ki, bu tənliklər belə yazıla bilər:
x = x0 + v0x * t
y = y0 + v0y * t - 0,5 * g * t^2
vx = v0x
vy = v0y - g * t
burada x və y mərminin üfüqi və şaquli mövqeləri, x0 və y0 ilkin mövqelər, v0x və v0y x və y istiqamətlərində ilkin sürətlər, g cazibə qüvvəsinin yaratdığı sürətlənmə, t isə mərminin üfüqi və şaquli mövqeləridir. Keçdi.
Sürükləmə Formulunu
Sürtünmə qüvvəsi düsturu ilə mərminin nə qədər sürükləndiyini anlaya bilərsiniz.
Sürtmə nəzərə alınır, burada (C) güllənin sürtünmə əmsalı, () hava sıxlığı, (A) güllənin səthinin sahəsi, (t) güllənin uçuş müddəti və (m) güllənin kütləsidir.
Balistik əmsalı
Balistik əmsalı topun yolunu (BC) müəyyən etmək üçün başqa vacib amildir.
Bu əmsal mərminin havada nə qədər yaxşı hərəkət edə biləcəyini ölçmək üçün bir yoldur və bu, çəkisi, forması və diametri kimi şeylərdən asılıdır.
BC mürəkkəb riyaziyyat etmədən güllənin yolunu və son sürətini müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər.
Qravitasiyanın Təsirləri
Əgər cazibə qüvvəsi hər yerdə eyni olsaydı və kosmosda hərəkət edən cisimə təsir edən başqa qüvvələr olmasaydı, onun yolu nəyəsə dəyməzdən və ya cazibə qüvvəsi ilə geri çəkilməzdən əvvəl nə qədər getdiyindən asılı olaraq ya parabolik, ya da elliptik olardı.
Lakin cazibə qüvvəsi planetlər və ulduzlar kimi böyük cisimlərə nə qədər yaxın olduğunuzdan asılı olaraq dəyişdiyindən və günəş küləyi və radiasiya təzyiqi kimi başqa qüvvələr olduğu üçün kosmos səyahəti vəziyyətlərində kometlərin Günəşə yaxın keçməsi kimi hiperbolik trayektoriyalar ola bilər. Planetlərarası səyahət missiyaları.
Balistik Trayektoriyanın seçilməsi
Optimal ballistik trayektoriya ballistik raket üçün seçilir ki, onun məsafəsi və dəqiqliyi ən yaxşı səviyyədə olsun.
Yer səthinin bir nöqtəsindən digərinə, raketin mövcud təkan gücü ilə ümumi faydalı yükü (atma çəkisi) maksimuma çatdıran trayektoriya hesablanır.
Faydalı yükün çəkisini azaltmaqla, müxtəlif trayektoriyalar seçilə bilər ki, bu da ya nominal məsafəni artıra, ya da uçuşun ümumi vaxtını azalda bilər.
Bir güllənin yoluna təsir edən şeylər:
Bir ballistik raketin yolu onun məsafəsinə, sürətinə və dəqiqliyinə təsir edən bir çox şeydən təsirlənir.
Kütlə, ilkin sürət, buraxılış bucağı, hava müqaviməti və cazibə qüvvəsi bu amillərdən bəziləridir.
Məsələn, raketin atma çəkisi onun kütləsinə və ilkin sürətinə əsaslanır ki, bu da onun yolunu dəyişə bilər.
Raketin buraxılış bucağı onun yolunu müəyyənləşdirmək üçün digər vacib amildir.
Ən çox məsafə və dəqiqliyi əldə etmək üçün ən yaxşı başlanğıc bucağını seçməlisiniz.
Dəqiqlik və Rəhbərlik Sistemi:
Balistik raketin istiqaməti və dəqiqliyi onun idarə etmə sistemindən asılıdır.
Qüvvələr raketin planlaşdırılmış yolundan yayınmasına səbəb ola bilər, ona görə də onu yenidən yola salmaq üçün dəqiq olan sürətli hərəkət edən bələdçilik sisteminə ehtiyacı var.
İdarə olunan raketlər istiqamətini müxtəlif yollarla dəyişə bilər.
Bir yol, sürət və istiqamətdə dəyişiklikləri ölçmək və raketin başladığı yerlə bağlı harada olduğunu anlamaq üçün akselerometrlərdən istifadə edən inertial rəhbərlik sistemləridir.
Digər sistemlər quyruq qanadları və ya reaksiya reaktivləri kimi aerodinamik səthlərdən istifadə etməklə raketin istiqamətini idarə edir.
Müxtəlif növ döyüş başlıqları bunlardır:
Ballistik raketin məsafəsi, sürəti və dəqiqliyi onun döyüş başlığının növündən də təsirlənə bilər.
Kimyəvi, bioloji və nüvə kimi müxtəlif növ döyüş başlıqları var.
Hər bir növün raketin necə hərəkət etdiyini və vurduğu yerləri dəyişən fərqli keyfiyyətləri var.
Balistik raketlərin qruplara bölünməsi:
Balistik raketin keçə biləcəyi maksimum məsafə onun nə qədər məsafə qət edə biləcəyini müəyyən edir.
Qısa mənzilli raketlər 1000 kilometrdən (təxminən 620 mil) az məsafə qət edə bilir, orta mənzilli raketlər 1000 ilə 3000 kilometr (təxminən 620 ilə 1860 mil), orta mənzilli raketlər isə 3000 ilə 5500 kilometr məsafəni qət edə bilir. -3,410 mil).
Xülasə etmək üçün, ən yaxşı ballistik trayektoriyanı seçmək üçün məsafə və sürət optimal və ya sıxılmış traektoriyalara əsaslanan atış çəkisinin hesablanması kimi şeylərdən təsirlənir.
Ballistik raketin keçə biləcəyi maksimum məsafə onun məsafəsini müəyyən etmək üçün istifadə olunur.
Dəqiqlik avtomobilin planlaşdırılmış yolundan kənara çıxmasına səbəb ola biləcək qüvvələri hesablaya bilən dəqiq rəhbərlik sistemindən asılıdır.
Raketin yolu və təsirinə onun döyüş başlığının növü də təsir edə bilər.
Balistik Trayektoriyanın Tətbiqləri
Hərbi Tətbiqlər
Hərbi tətbiqlərdə ballistik trayektoriya çox vacibdir, çünki o, arzu olunan nəticələri əldə etmək üçün mərmiləri planlaşdırmağa və sürətləndirməyə kömək edir.
Ən çox sürət və ya məsafəni əldə etmək üçün mərminin uçması lazım olan bucağı tapmaq üçün istifadə olunur.
Artilleriya atəşinin nə qədər uzağa gedəcəyini və nə qədər dəqiq olacağını anlamaq üçün istifadə olunur.
O, həmçinin minaatan mərmilərinin və raket başlıqlarının nə qədər zərər verəcəyini anlamaq üçün istifadə olunur.
Mühəndislikdə tətbiqlər
Kosmosun tədqiqi üçün raket və raketlərin layihələndirilməsi zamanı ballistik trayektoriya çox mühüm amildir.
Mühəndislər ballistik trayektoriya qaydalarından raketin və ya raketin hara gedəcəyini anlamaq və onun getməli olduğu yerə çatacağına əmin olmaq üçün istifadə edirlər.
Onlar həmçinin raketin və ya raketin işini yerinə yetirmək üçün lazım olan sürət və məsafəyə malik olduğundan əmin olmaq üçün dizaynını təkmilləşdirmək üçün istifadə edirlər.
İdmanda tətbiqlər
İdmanda ballistik trayektoriya da vacibdir.
Əksər idman növlərində mərmi, adətən top havada hərəkət edir.
Analitiklər sürəti və ya məsafəni maksimuma çatdırmaq üçün topun uçuşu üçün ən yaxşı bucağı tapmaq üçün kinematika və mərmi hərəkəti kimi fizika anlayışlarından istifadə edirlər.
Məsələn, beysbolda analitiklər kinematika və mərmi hərəkəti ilə bağlı biliklərindən küpləri öyrənmək və atmağın ən yaxşı yolunu tapmaq üçün istifadə edirlər.
Basketbol üzrə analitiklər, oyunçuya ən yaxşı qol şansını verəcək atış üçün ən yaxşı bucağı tapmaq üçün bu qaydalardan istifadə edirlər.
Balistik Trayektoriyanın Məhdudiyyətləri və Qiymətləndirilməsi
Balistik trayektoriyanın dəqiq olub olmadığını yoxlamağın bir çox yolu var, məsələn:
Aralıq testi
Aralıq testi bir üsuldur.
Bu üsulda mərmi məlum hədəfə atılır və nəzərdə tutulan hədəfdən məsafə ölçülür.
Bu üsul külək, temperatur və hündürlük kimi müxtəlif şəraitlərdə ballistik trayektoriyanın nə qədər dəqiq olduğunu yoxlamaq üçün istifadə edilə bilər.
Doppler radarı
Doppler radarı mərminin uçuşunu izləmək və ölçülmüş trayektoriyanı proqnozlaşdırılan trayektoriya ilə müqayisə etmək üçün istifadə edilə bilən başqa bir üsuldur.
Bu üsuldan mərminin sürətini, sürətini və yolu boyunca müxtəlif nöqtələrdə yerini müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər.
Yüksək sürətli kameralar
Yüksək sürətli kameralar mərminin yolunu qeyd edə və hara getdiyini anlaya bilir.
Bu üsul mərminin uçuşunu ətraflı öyrənmək, məsələn, fırlanma, sürükləmə və küləyin ona necə təsir etdiyini öyrənmək üçün yaxşıdır.
Külək tunelinin sınağı
Külək tunelindən istifadə etməklə mərminin uçuşu idarə olunan mühitdə simulyasiya edilə bilər və onun keçdiyi yol müxtəlif külək şəraitində öyrənilə bilər.
Bu üsul aerodinamik qüvvələrin mərminin uçuşuna necə təsir etdiyini yoxlamaq üçün istifadə edilə bilər.
Kompüter simulyasiyası
Nəhayət, kompüter simulyasiyası ballistik trayektoriyanın dəqiq olduğunu proqnozlaşdırmaq və təsdiqləmək üçün istifadə edilə bilər.
Bu üsul mərminin uçuşunu simulyasiya etmək üçün kompüter proqram təminatından istifadə etməyi və simulyasiya edilmiş trayektoriyanı proqnozlaşdırılan trayektoriya ilə müqayisə etməyi nəzərdə tutur.
Bu üsul, ballistik trayektoriyanın proqnozlaşdırılması modelinin müxtəlif buraxılış şərtləri və ətraf mühit amilləri altında nə qədər dəqiq olduğunu yoxlamaq üçün faydalıdır.
Nəticə olaraq, ballistik trayektoriyanın dəqiqliyi diapazon sınağı, Doppler radar, yüksək sürətli kameralar, külək tunelinin sınağı və kompüter simulyasiyası kimi bir sıra üsullardan istifadə etməklə yoxlanıla bilər.
İstifadə olunan üsul testin məqsədlərindən və mövcud resurslardan asılı olacaq.
Əvvəlki mətnin silah və alət işarələrinə baxmaq kontekstində ballistik trayektoriyanın təsdiqindən bəhs edən hissəsinin sualla heç bir əlaqəsi yox idi.
Mərmi Hərəkəti - Balistik trayektoriya
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.
Nəticə
Balistik trayektoriya dünyası ilə səyahətimizin sonuna çatdıqda bir şey aydın olur: fizika qanunları hər yerdədir.
Onlar bizim kainatda baş verən həm ən ümumi, həm də ən qəribə hadisələri izah edirlər.
Təbiət qanunları kosmosa raket göndərilsə də, silahdan güllə açılsa da eynidir.
Mühəndislər olaraq, həyatımızı yaxşılaşdıran və mümkün olanın hüdudlarını zorlayan maşınların dizaynı üçün bu qanunlardan istifadə etmək bizim işimizdir.
Ancaq ballistik trayektoriyanın nə qədər mürəkkəb olduğunu düşünərkən, işimizin etika baxımından nə demək olduğunu da düşünməliyik.
Bilik və bacarıqlarımızdan məsuliyyətli şəkildə istifadə etməli və hazırladığımızın insanlara və ətraf mühitə necə təsir etdiyini düşünməliyik.
Nəhayət, ballistik trayektoriyanı öyrənmək təkcə şeylərin kosmosda necə hərəkət etdiyini anlamaq deyil; həm də bu bilikdən bəşəriyyətin məqsədlərini irəli aparmaq üçün istifadə etməkdir.
Gəlin məqsəd, təvazökarlıq və maraq hissi ilə kainatın sirlərinə baxmağa davam edək.
Bağlantılar və istinadlar
Təxminən Xətti Sürtünmə ilə Analitik Balistik Trayektoriyalar:
Paylaşın...
