Panimula Sa Ballistic Pendulum

Naisip mo na ba kung paano kinakalkula ng mga forensic scientist at investigator ang bilis ng isang bala? Paano ang tungkol sa pag-aaral tungkol sa kung paano gumagalaw ang isang projectile o kung gaano ito kahirap tumama sa isang bagay?

Ang ballistic pendulum ay isang tool na nagbago sa mundo ng ballistics at nagbigay daan para sa forensic science gaya ng alam natin ngayon.

Bilang isang engineering student o engineer, mahalagang maunawaan kung paano gumagana ang ballistic pendulum at kung paano ito gumagana.

Sa post sa blog na ito, titingnan ko ang agham sa likod ng kawili-wiling device na ito, kabilang ang kung paano ito gumagana, ang mga panuntunang sinusunod nito, at ang kahalagahan nito sa engineering at iba pang larangan.

Kaya isuot mo ang iyong lab coat at magsimula na tayo!

Panimula sa Ballistic Pendulum

Pormal na kahulugan:

Isang aparato na gumagamit ng pagpapalihis ng isang nakasuspinde na timbang upang matukoy ang momentum ng isang projectile.

Ang ballistic pendulum ay isang simple ngunit epektibong aparato na ginagamit para sa pagsukat ng bilis at kinetic energy ng isang projectile, tulad ng isang bala.

Ito ay binubuo ng isang malaking bloke ng kahoy na binibitbit ng dalawang kuwerdas at nagsisilbing pendulum bob.

Prinsipyo sa Paggawa

Upang sukatin ang bilis ng isang bala na may ballistic pendulum, ang isang bala ay pinaputok sa isang bloke ng kahoy na nakasabit sa isang string.

Ang bala ay naiipit sa block, na ginagawang ang buong sistema ng block at bullet swing up ng ilang taas h.

Ang konserbasyon ng mekanikal na enerhiya ay nagsasabi na ang 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, kung saan ang m ay ang masa ng bala, ang M ay ang masa ng bloke, ang vf ay ang kanilang huling bilis pagkatapos ng pagbangga, at ang h ay kanilang pinakamataas na punto.

Mga batas tungkol sa konserbasyon

Ang mga batas sa konserbasyon na kasangkot sa pagkalkula ng paunang bilis ng isang projectile sa isang ballistic pendulum ay ang mga batas ng konserbasyon ng momentum at konserbasyon ng enerhiya.

Sa panahon ng pag-crash, ang momentum ay pinananatiling pareho, at pagkatapos ng pag-crash, ang enerhiya ay pinananatiling pareho.

Kapag ang projectile ay umabot sa pinakamataas na punto nito, ang kinetic energy na mayroon ito sa simula ay nagiging potensyal na enerhiya.

Habang bumababa ang pendulum, ang potensyal na enerhiya ng gravitational ay nagiging kinetic energy.

Ang Hindi Karaniwang Paraan para Manalo ng Debate: Ang Ballistic Pendulum

Mahirap pa bang intindihin? Hayaan akong baguhin nang kaunti ang pananaw:

Sinasabi ng mga tao na ang panulat ay mas makapangyarihan kaysa sa espada, ngunit paano naman ang ballistic pendulum? Huwag mag-abala sa pangangatwiran at eksaktong mga sukat.

Kunin ang iyong mapagkakatiwalaang ballistic pendulum sa susunod na ikaw ay nasa isang mainit na pagtatalo at hayaan itong magsalita.

Pagkatapos ng lahat, walang nagsasabing "Tama ako" tulad ng isang aparato na gumagamit ng itinapon na timbang upang malaman kung gaano kabilis ang paggalaw ng projectile.

Okay, joke lang iyon na ginawang parang TV ad.

Ngayon bumalik tayo sa paliwanag.

Pag-unawa sa Function ng Ballistic Pendulum

Ang aparato ay binubuo ng isang malaking bloke ng kahoy na pinatataas ng dalawang string.

Ang bloke na ito ay ang pendulum bob.

Ang isang banggaan na hindi nababanat ay ang ballistic pendulum.

Sa ganitong uri ng banggaan, ang mga bagay na nagtama sa isa't isa ay magkakadikit, at ang kinetic energy ay hindi pinananatiling pareho.

Kapag ang isang bala ay nagpaputok sa kahoy na bloke, ang bala ay naipit sa bloke, at ang bloke at bala ay magkasamang umaalingawngaw hanggang sa taas na depende sa kung gaano kabigat ang bala at bloke.

Ito ay isang halimbawa ng isang inelastic collision dahil ang kinetic energy ay hindi nananatiling pareho.

Paano malaman ang bilis

Ang laki ng indayog ng pendulum ay maaaring gamitin upang malaman ang momentum ng bala, na pagkatapos ay magagamit upang malaman ang bilis nito.

Kapag gumagamit ng ballistic pendulum upang malaman kung gaano kabilis ang paggalaw ng projectile, hindi mo kailangang sukatin ang oras.

Sa halip, kailangan mo lamang sukatin ang masa at distansya.

Ang mga kronograpo, na maaaring direktang masukat ang bilis ng isang projectile, ay kadalasang pinapalitan ang ballistic pendulum.

Ngunit ginagamit pa rin ito sa mga silid-aralan upang ipakita kung paano gumagana ang momentum at ang pagtitipid ng enerhiya.

Pagkalkula ng Projectile Velocity at Iba Pang Mga Parameter

Upang malaman ang paunang bilis ng isang projectile sa tulong ng isang ballistic pendulum, isang bala ang pinaputok sa free-swinging bob ng pendulum.

Matapos magtama ang dalawang bagay, umiindayog ang pendulum sa pinakamataas na punto nito at nagbabago ang pinagsamang bilis ng bob at bala.

Ang konserbasyon ng momentum ay maaaring gamitin upang matukoy ang paunang bilis ng bala sa mga tuntunin ng masa ng bala at bob at ang taas na naabot ng pendulum.

Bago magtama ang bala at bob, pareho silang may bilis.

Sa pamamagitan ng pagsukat kung gaano kataas ang pendulum napupunta sa pinakamataas na punto nito, malalaman mo kung gaano kabilis ang paggalaw ng bala noong una.

Pagkalkula ng Projectile Velocity Gamit ang Distansya at Oras

Sa ibang paraan, ang paunang bilis ng isang projectile ay maaaring malaman sa pamamagitan ng pagsukat kung gaano kalayo ito gumagalaw nang pahalang.

Hindi ginagamit ang pendulum sa paraang ito, at maaari itong alisin sa mga bisagra nito para hindi ito makahadlang sa eksperimento.

Ang projectile ay pinaputok nang pahalang, at ang saklaw nito ay sinusukat.

Sa numerong ito, magagamit natin ang equation para malaman kung gaano katagal ang flight (6).

Pagkatapos, gamit ang equation x = v0 t, kung saan ang V0 ay ang paunang bilis ng projectile, maaari nating malaman ang paunang bilis.

Pagkalkula ng Force on Cord

Magagamit natin ang mga batas ng momentum at pagtitipid ng enerhiya upang malaman ang puwersa sa kurdon pagkatapos ng epekto.

Ang pagbabago sa bilis ng bala ay katumbas ng puwersa na inilalagay nito sa block.

Malalaman natin ito sa pamamagitan ng paggamit ng katotohanan na ang momentum ay nananatiling pareho bago at pagkatapos ng isang epekto.

Ang paunang momentum ng bala ay ibinibigay ng equation na p = mv0, kung saan ang m ay ang masa ng bala at ang v0 ay ang paunang bilis nito.

Pagkatapos ng banggaan, ang kabuuang masa (m + M) ay gumagalaw na may bilis na tinatawag na vf.

Sinasabi sa atin ng batas ng konserbasyon ng momentum na mv0 = (m + M)vf.

Maaari nating lutasin ang vf: vf = mv0 / (m + M).

Ang impulse na ibinibigay ng bala sa block ay ibinibigay ng: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).

Magagamit natin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya upang malaman kung gaano kalakas ang puwersa sa kurdon pagkatapos na tumama ito sa lupa.

Ang kabuuang mekanikal na enerhiya bago ang epekto ay kapareho ng kabuuang mekanikal na enerhiya pagkatapos ng epekto: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, kung saan ang g ay ang acceleration na dulot ng gravity at h ang pinakamataas na punto na maaaring maabot ng block at bullet system.

Maaari nating lutasin ang vf gamit ang ating nakaraang equation at palitan ito sa equation na ito: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.

Sa pamamagitan ng paggawa ng equation na ito bilang simple hangga't maaari, makakakuha tayo ng: v02 = 2gh / (1+M/m).

Sinasabi sa atin ng pangalawang batas ni Newton kung paano hanapin ang puwersa F sa kurdon: F = I / t, kung saan ang t ay ang oras na kinakailangan para huminto sa paggalaw ang block at bullet system.

Pagkalkula ng Anggulo ng Pendulum Swing

Ang paunang bilis ng projectile ay depende sa kung gaano kalayo ang pendulum swings up at kung gaano kabigat ang pendulum at projectile.

Kapag ang isang projectile ay tumama sa isang pendulum, ang pendulum ay gumagalaw mula sa posisyon ng equilibrium hanggang sa pinakamataas na anggulo nito.

Mga Salik na Nakakaapekto sa Mga Eksperimento ng Ballistic Pendulum

Sa isang eksperimento ng ballistic pendulum, isang bala ang pinaputok sa isang bloke ng kahoy na nakasabit sa isang string.

Ginagawa nitong ang buong bagay ay umindayog hanggang sa taas h.

Upang makamit ang tumpak na mga resulta, mahalagang bawasan ang mga pinagmumulan ng error.

Sa panahon ng eksperimento sa lab na may ballistic pendulum, maaaring mangyari ang mga pagkakamali dahil hindi perpekto ang mga tool sa pagsukat, hindi palaging pareho ang shot, o hindi maayos na naayos ang mga equation.

Pagbabawas ng Mga Pinagmumulan ng Error

Maraming bagay ang maaaring gawin upang mabawasan ang mga pagkakamali.

Una, gumawa ng pendulum na gumagana nang maayos at nananatiling pareho.

Magagawa ito sa pamamagitan ng pag-bolting ng sinulid na baras sa isang plastic na kahon at pagdaragdag ng timbang upang gawin ang sentro ng balanse malapit sa gitna ng kahon.

Markahan nang mabuti kung nasaan ang sentro ng masa, at subukan ang aparato sa pamamagitan ng pagbabalanse nito sa isang lapis.

Pangalawa, ang mga pagsukat ay dapat gawin nang tama, na ang string at ruler ay nananatiling tahimik.

Magagawa ito sa pamamagitan ng pagtiyak na ang kagamitan na ginamit sa eksperimento ay matatag at ligtas.

Pangatlo, ang projectile ay dapat na kinunan sa isang tuwid na linya at nahuli sa parehong paraan sa bawat oras.

Ang isang paraan para gawin ito ay gumawa ng paraan para mahuli ng foam ang projectile sa paraang gumagana sa bawat oras.

Paggamit ng Advanced na Kagamitan

Ang paggamit ng mga makabagong kagamitan ay makakatulong din na mabawasan ang mga pagkakamali.

Halimbawa, ang paggamit ng mas tumpak na angle reader ay makakatulong na gawing mas tumpak ang mga sukat.

Bukod pa rito, ang pag-uulit ng mga eksperimento nang maraming beses at pagtatala ng data pagkatapos ng bawat pagsubok ay makakatulong na matukoy ang anumang mga hindi pagkakapare-pareho o outlier sa data.

Sa konklusyon, ang pagbabawas ng mga error sa isang ballistic pendulum lab na eksperimento ay nagsasangkot ng paggawa ng mga hakbang tulad ng pagbuo ng tumpak na pendulum apparatus, pagsukat ng mga distansya nang tumpak, pagpapaputok ng mga straight shot nang tuluy-tuloy gamit ang wastong mga mekanismo sa paghuli, paggamit ng mga advanced na kagamitan kung posible, at pag-uulit ng mga eksperimento nang maraming beses.

Sa pamamagitan ng pagbawas sa bilang ng mga lugar kung saan maaaring mangyari ang mga pagkakamali, maaaring gawing mas tumpak ang eksperimento, na hahantong sa mas maaasahang mga resulta.

Collisions Demo: Ballistic Pendulum

Tip: I-on ang caption button kung kailangan mo ito. Piliin ang "awtomatikong pagsasalin" sa button ng mga setting, kung hindi ka pamilyar sa sinasalitang wika. Maaaring kailanganin mong i-click muna ang wika ng video bago maging available ang iyong paboritong wika para sa pagsasalin.

Mga kaso ng paggamit

Ginamit sa:	Paglalarawan:
Pagsukat ng Bilis ng isang Projectile:	Ang pangunahing paggamit ng ballistic pendulum ay upang sukatin ang bilis ng isang projectile. Sa pamamagitan ng pagsukat kung gaano kabilis gumagalaw ang isang nasuspinde na timbang pagkatapos tumama ang isang projectile, malalaman ng mga inhinyero at siyentipiko kung gaano kabilis ang paggalaw ng projectile kapag tumama ito sa bigat.
Pag-calibrate ng Bullet:	Ginagamit ang mga ballistic pendulum upang matiyak na tumpak at pare-pareho ang mga bala. Maaaring matukoy ng device ang kinetic energy, momentum, at velocity ng bala, na maaaring magamit upang ayusin ang disenyo at paggawa ng bala.
Pagsisiyasat sa mga Ballistic na Insidente:	Ang mga eksperto sa forensic ay maaaring gumamit ng mga ballistic pendulum upang siyasatin ang mga insidente ng ballistic. Sa pamamagitan ng pagtingin sa landas at bilis ng projectile, makakakuha sila ng mahalagang impormasyon na makakatulong sa paglutas ng mga krimen o aksidente.
Mga Materyales para sa Pagsusulit:	Ginagamit ang mga ballistic pendulum upang subukan ang tibay at pagiging epektibo ng mga bagay tulad ng armor at protective gear. Sa pamamagitan ng pagpapaputok ng projectiles sa materyal at pagsukat ng deflection ng pendulum, masusuri ng mga inhinyero at siyentipiko ang pagiging epektibo ng materyal sa pagpapahinto o pagpapabagal ng projectile.
Pananaliksik sa Ballistics:	Gumagamit ang mga mananaliksik ng mga ballistic pendulum upang malaman kung paano kumikilos ang mga projectile sa iba't ibang sitwasyon. Maaaring malaman ng mga siyentipiko kung paano naaapektuhan ang landas at bilis ng projectile ng mga bagay tulad ng air resistance, gravity, at anggulo ng impact.

Konklusyon

Sa pagtatapos ng ating paglilibot sa mundo ng ballistic pendulum, hindi natin maiwasang humanga sa pagkamalikhain ng mga taong gumawa nito.

Ang ballistic pendulum ay isang mahalagang bahagi ng mga larangan ng ballistics at forensic science mula pa noong una itong ginawa.

Ngunit ang ballistic pendulum ay isa ring magandang halimbawa kung paano nagtatagpo ang agham at engineering sa punto kung saan ginagamit ang mga teorya at prinsipyo sa totoong mundo.

Ipinapakita nito kung gaano kahalaga ang mga natuklasang siyentipiko at mga bagong ideya at kung paano nila hinuhubog at binabago ang mundong ating ginagalawan.

Kaya, habang patuloy nating itinutulak ang mga limitasyon ng siyentipikong pananaliksik, huwag nating kalimutan kung saan tayo nanggaling at ang mga aparato at ideya na naging posible para sa mga pagbabago sa ngayon.

Mga link at sanggunian

University Physics na may Modern Physics