Kas olete kunagi mõelnud, kuidas kohtuekspertiisi teadlased ja uurijad kuuli kiirust arvutavad? Kuidas oleks õppida, kuidas mürsk liigub või kui tugevalt see midagi tabab?
Ballistiline pendel on tööriist, mis muutis ballistika maailma ja sillutas teed kohtuekspertiisi teadusele, nagu me seda praegu tunneme.
Inseneriüliõpilasena või insenerina on oluline mõista, kuidas ballistiline pendel töötab ja kuidas see töötab.
Selles blogipostituses käsitlen selle huvitava seadme taga olevat teadust, sealhulgas selle toimimist, järgitavaid reegleid ning selle tähtsust inseneri- ja muudes valdkondades.
Nii et pange oma laborikittel selga ja alustame!
Ballistilise pendli tutvustus
Ametlik määratlus:
Seade, mis kasutab mürsu impulsi määramiseks rippuva raskuse läbipainet.
Ballistiline pendel on lihtne, kuid tõhus seade, mida kasutatakse mürsu, näiteks kuuli, kiiruse ja kineetilise energia mõõtmiseks.
See koosneb suurest puidust plokist, mis on riputatud kahe nööri külge ja toimib pendli hoobina.
Tööpõhimõte
Kuuli kiiruse mõõtmiseks ballistilise pendliga lastakse kuul nööri küljes rippuvasse puuklotsi.
Kuul jääb plokki kinni, mis paneb kogu ploki ja kuuli süsteemi mingi kõrgusega h ülespoole kõikuma.
Mehaanilise energia jäävus ütleb, et 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, kus m on kuuli mass, M on ploki mass, vf on nende lõppkiirus pärast kokkupõrget ja h on nende kõrgeim punkt.
Looduskaitseseadused
Ballistilises pendlis mürsu algkiiruse arvutamisega seotud säilivusseadused on impulsi jäävuse ja energia jäävuse seadused.
Krahhi ajal hoitakse hoogu sama ja pärast kokkupõrget jääb energia samaks.
Kui mürsk jõuab kõrgeima punktini, muudetakse kineetiline energia, mis tal alguses oli, potentsiaalseks energiaks.
Kui pendel liigub tagasi alla, muutub gravitatsioonipotentsiaalne energia tagasi kineetiliseks energiaks.
Ebatavaline viis debati võitmiseks: ballistiline pendel
Ikka raske mõista? Lubage mul veidi vaatenurka muuta:
Inimesed räägivad, et pliiats on võimsam kui mõõk, aga kuidas on lood ballistilise pendliga? Ärge vaevake arutlemise ja täpsete mõõtudega.
Haara oma usaldusväärne ballistiline pendel järgmine kord, kui lähed ägedasse tüli, ja lase tal rääkida.
Lõppude lõpuks ei ütle miski "mul on õigus" nagu seade, mis kasutab visatud raskust, et mõista, kui kiiresti mürsk liigub.
Olgu, see oli lihtsalt telereklaami moodi nali.
Nüüd läheme tagasi selgituse juurde.
Ballistilise pendli funktsiooni mõistmine
Seade koosneb suurest puuplokist, mida hoiavad üleval kaks nööri.
See plokk on pendli bob.
Kokkupõrge, mis ei ole elastne, on ballistiline pendel.
Sellises kokkupõrkes kleepuvad üksteist tabanud asjad kokku ja kineetiline energia ei jää samaks.
Kui kuuli puuplokki tulistada, jääb kuul plokki kinni ning plokk ja kuul paiskuvad koos kõrgusele, mis sõltub kuuli ja ploki raskusest.
See on näide mitteelastsest kokkupõrkest, kuna kineetiline energia ei jää samaks.
Kuidas kiirust välja mõelda
Pendli löögi suurust saab kasutada kuuli impulsi väljaselgitamiseks, mida saab seejärel kasutada selle kiiruse arvutamiseks.
Kui kasutate mürsu liikumise kiiruse väljaselgitamiseks ballistilist pendlit, ei pea te aega mõõtma.
Selle asemel peate mõõtma ainult massi ja kaugust.
Ballistilise pendli on enamasti asendanud kronograafid, millega saab otse mõõta mürsu kiirust.
Kuid seda kasutatakse endiselt klassiruumides, et näidata, kuidas hoog ja energiasäästlikkus toimivad.
MĂĽrsu kiiruse ja muude parameetrite arvutamine
Mürsu algkiiruse väljaselgitamiseks ballistilise pendli abil lastakse kuul pendli vabalt õõtsuvasse hoovi.
Pärast seda, kui kaks objekti teineteist tabavad, liigub pendel kõrgeimasse punkti ning bobi ja kuuli kombineeritud kiirus muutub.
Impulsi jäävuse abil saab määrata kuuli algkiirust kuuli ja kuuli massi ning pendli saavutatud kõrguse järgi.
Enne kui kuul ja bob teineteist tabasid, oli neil mõlemal sama kiirus.
Mõõtes, kui kõrgele pendel oma kõrgeima punktini jõuab, saate aru saada, kui kiiresti kuul algul liikus.
Mürsu kiiruse arvutamine kauguse ja aja järgi
Teisel viisil saab mürsu algkiirust välja selgitada, mõõtes, kui kaugele see horisontaalselt liigub.
Selle meetodi puhul pendlit ei kasutata ja selle saab hingedest lahti võtta, et see ei segaks katset.
Mürsk tulistatakse horisontaalselt ja selle ulatust mõõdetakse.
Selle numbri abil saame võrrandi abil välja selgitada, kui kaua lend kestab (6).
Seejärel, kasutades võrrandit x = v0 t, kus V0 on mürsu algkiirus, saame välja selgitada algkiiruse.
Juhtmele mõjuva jõu arvutamine
Me saame kasutada impulsi ja energiasäästu seadusi, et välja selgitada juhtmele mõjuv jõud kohe pärast kokkupõrget.
Kuuli kiiruse muutus on võrdne jõuga, mis see plokile avaldab.
Me saame selle välja mõelda, kasutades tõsiasja, et hoog jääb samaks enne ja pärast kokkupõrget.
Kuuli algimpulss saadakse võrrandiga p = mv0, kus m on kuuli mass ja v0 on selle algkiirus.
Pärast kokkupõrget liigub kogumass (m + M) kiirusega, mida nimetatakse vf.
Impulsi jäävuse seadus ütleb meile, et mv0 = (m + M)vf.
Vf jaoks saame lahendada: vf = mv0 / (m + M).
Kuuli poolt plokile antud impulss saadakse siis järgmiselt: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Saame kasutada energia jäävuse seadust, et välja selgitada, kui suur jõud oli juhtmele vahetult pärast seda, kui see maapinnale jõudis.
Mehaaniline koguenergia enne kokkupõrget on sama, mis mehaaniline koguenergia pärast kokkupõrget: (1/2)mv02 = (1/2) (m+M)vf2 + (m+M)gh, kus g on kiirendus, mille põhjustas gravitatsioon ja h on kõrgeim punkt, kuhu ploki- ja kuulisüsteem võib jõuda.
Saame lahendada vf, kasutades meie eelmist võrrandit ja asendada selle võrrandiga: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Tehes selle võrrandi võimalikult lihtsaks, saame: v02 = 2gh / (1+M/m).
Newtoni teine ​​seadus ütleb meile, kuidas leida nöörile mõjuv jõud F: F = I / t, kus t on aeg, mis kulub ploki ja kuulisüsteemi liikumise lõpetamiseks.
Pendli pöördenurga arvutamine
MĂĽrsu algkiirus oleneb sellest, kui kaugele pendel ĂĽles liigub ning kui raske on pendel ja mĂĽrsk.
Kui mĂĽrsk tabab pendlit, liigub pendel tasakaaluasendist ĂĽles maksimaalse nurgani.
Ballistilise pendli katseid mõjutavad tegurid
Ballistilise pendli katses tulistatakse kuul nööri küljes rippuvasse puuplokki.
See paneb kogu asja tõusma kõrgusele h.
Täpsete tulemuste saavutamiseks on oluline minimeerida veaallikaid.
Ballistilise pendliga tehtud laborikatse ajal võib juhtuda vigu, kuna mõõteriistad ei ole täiuslikud, lask ei ole alati sama või võrrandid pole õigesti ümber paigutatud.
Veaallikate vähendamine
Vigade vähendamiseks saab teha mitmeid asju.
Kõigepealt tehke pendel, mis töötab hästi ja jääb samaks.
Seda saab teha, keerates plastkarbi külge keermestatud varda ja lisades kaalu, et tasakaalu keskpunkt oleks kasti keskkoha lähedal.
Märkige hoolikalt, kus asub massikese, ja testige seadet pliiatsi peal tasakaalustades.
Teiseks tuleks mõõtmised teha õigesti, nii et nöör ja joonlaud jäävad paigale.
Seda saab teha, veendudes, et katses kasutatud seadmed on stabiilsed ja ohutud.
Kolmandaks tuleks mĂĽrsku tulistada sirgjooneliselt ja pĂĽĂĽda iga kord samamoodi.
Üks võimalus seda teha on teha nii, et vaht saaks mürsu kinni püüda viisil, mis töötab iga kord.
Täiustatud seadmete kasutamine
Kaasaegsete seadmete kasutamine aitab ka vigu vähendada.
Näiteks võib täpsema nurgalugeja kasutamine muuta mõõtmised täpsemaks.
Lisaks võib katsete mitu korda kordamine ja andmete salvestamine pärast iga katset aidata tuvastada andmete ebakõlasid või kõrvalekaldeid.
Kokkuvõtteks võib öelda, et vigade vähendamine ballistilise pendli laborikatses hõlmab selliseid samme nagu täpse pendliaparaadi ehitamine, kauguste täpne mõõtmine, järjekindlalt õigete püüdmismehhanismidega sirgete laskude sooritamine, võimaluse korral täiustatud seadmete kasutamine ja katsete kordamine mitu korda.
Vähendades kohtade arvu, kus vigu võib juhtuda, saab katset muuta täpsemaks, mis annab usaldusväärsemad tulemused.
Kokkupõrgete demo: ballistiline pendel
Nõuanne. Lülitage subtiitrite nupp sisse, kui seda vajate. Valige seadete nupust "automaattõlge", kui te ei ole kõnekeelega tuttav. Võimalik, et peate esmalt klõpsama video keelel, enne kui teie lemmikkeel muutub tõlkimiseks kättesaadavaks.
Kasutusjuhtumid
| Kasutatakse: | Kirjeldus: |
|---|---|
| Mürsu kiiruse mõõtmine: | Ballistilise pendli peamine kasutusala on mürsu kiiruse mõõtmine. Mõõtes, kui palju riputatud raskus liigub pärast seda, kui mürsk seda tabab, saavad insenerid ja teadlased välja selgitada, kui kiiresti mürsk raskust tabades liikus. |
| Kuuli kalibreerimine: | Kuulide täpsuse ja järjepidevuse tagamiseks kasutatakse ballistilisi pendleid. Seade suudab määrata kuuli kineetilise energia, impulsi ja kiiruse, mida saab seejärel kasutada kuuli konstruktsiooni ja valmistamise reguleerimiseks. |
| Ballistiliste juhtumite uurimine: | Kohtuekspertiisi eksperdid saavad ballistiliste vahejuhtumite uurimiseks kasutada ballistilisi pendleid. Mürsu teekonda ja kiirust vaadates saavad nad olulist teavet, mis võib aidata lahendada kuritegusid või õnnetusi. |
| Materjalid testide jaoks: | Ballistilisi pendleid kasutatakse selliste asjade vastupidavuse ja tõhususe testimiseks nagu soomused ja kaitsevarustus. Mürskudega materjali pihta tulistades ja pendli läbipainet mõõtes saavad insenerid ja teadlased hinnata materjali tõhusust mürsu peatamisel või aeglustamisel. |
| Ballistika uuringud: | Teadlased kasutavad ballistiliste pendlite abil välja, kuidas mürsud erinevates olukordades käituvad. Teadlased saavad aru saada, kuidas mürsu teekonda ja kiirust mõjutavad sellised asjad nagu õhutakistus, gravitatsioon ja lööginurk. |
Järeldus
Kui jõuame oma ballistilise pendli maailma ekskursiooni lõppu, ei saa me imetleda nende inimeste loovust, kes selle tegid.
Ballistiline pendel on olnud ballistika ja kohtuekspertiisi valdkondade oluline osa alates selle esmakordsest valmistamisest.
Kuid ballistiline pendel on ka hea näide sellest, kuidas teadus ja tehnika kohtuvad kohas, kus teooriaid ja põhimõtteid hakatakse kasutama reaalses maailmas.
See näitab, kui olulised on teaduslikud avastused ja uued ideed ning kuidas need kujundavad ja muudavad maailma, milles me elame.
Seega, jätkates teadusuuringute piiride nihutamist, ärgem unustagem, kust me tulime ning seadmeid ja ideid, mis võimaldasid tänapäeva uuendusi.
Lingid ja viited
Ăślikooli fĂĽĂĽsika kaasaegse fĂĽĂĽsikaga
Jaga…
