Vai esat kÄdreiz domÄjis, kÄ tiesu medicÄ«nas zinÄtnieki un izmeklÄtÄji aprÄÄ·ina lodes Ätrumu? KÄ uzzinÄt par to, kÄ Å”ÄviÅÅ” pÄrvietojas vai cik smagi tas kaut kam atsitas?
Ballistiskais svÄrsts ir instruments, kas mainÄ«ja ballistikas pasauli un pavÄra ceļu kriminÄlistikai, kÄdu mÄs to pazÄ«stam Å”odien.
KÄ inženierzinÄtÅu studentam vai inženierim ir svarÄ«gi saprast, kÄ darbojas ballistiskais svÄrsts un kÄ tas darbojas.
Å ajÄ emuÄra ierakstÄ es apskatÄ«Å”u Ŕīs interesantÄs ierÄ«ces zinÄtni, tostarp tÄs darbÄ«bu, noteikumus, kas jÄievÄro, kÄ arÄ« tÄs nozÄ«mi inženierzinÄtnÄs un citÄs jomÄs.
TÄpÄc uzvelciet laboratorijas mÄteli un sÄkam!
Ievads ballistisko svÄrstu
FormÄlÄ definÄ«cija:
IerÄ«ce, kas izmanto piekÄrtÄ svara novirzi, lai noteiktu Å”ÄviÅa impulsu.
Ballistiskais svÄrsts ir vienkÄrÅ”a, bet efektÄ«va ierÄ«ce, ko izmanto Å”ÄviÅa, piemÄram, lodes, Ätruma un kinÄtiskÄs enerÄ£ijas mÄrÄ«Å”anai.
Tas ir izgatavots no liela koka bloka, kas ir piekÄrts ar divÄm stÄ«gÄm un kalpo kÄ svÄrsta bobs.
Darba princips
Lai izmÄrÄ«tu lodes Ätrumu ar ballistisko svÄrstu, lode tiek izÅ”auta koka bluÄ·Ä«, kas karÄjas auklÄ.
Lode iestrÄgst blokÄ, kas liek visai bloka un lodes sistÄmai pacelties uz kÄdu augstumu h.
MehÄniskÄs enerÄ£ijas saglabÄÅ”ana saka, ka 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, kur m ir lodes masa, M ir bloka masa, vf ir to galÄ«gais Ätrums pÄc sadursmes, un h ir to augstÄkais punkts.
Likumi par saglabÄÅ”anu
SaglabÄÅ”anÄs likumi, kas saistÄ«ti ar Å”ÄviÅa sÄkotnÄjÄ Ätruma aprÄÄ·inÄÅ”anu ballistisko svÄrstu, ir impulsa saglabÄÅ”anas un enerÄ£ijas saglabÄÅ”anas likumi.
AvÄrijas laikÄ impulss tiek saglabÄts nemainÄ«gs, un pÄc avÄrijas enerÄ£ija paliek nemainÄ«ga.
Kad Å”ÄviÅÅ” sasniedz augstÄko punktu, kinÄtiskÄ enerÄ£ija, kas tam bija sÄkumÄ, tiek pÄrvÄrsta potenciÄlajÄ enerÄ£ijÄ.
Kad svÄrsts svÄrstÄs atpakaļ uz leju, gravitÄcijas potenciÄlÄ enerÄ£ija atkal tiek pÄrvÄrsta kinÄtiskÄ enerÄ£ijÄ.
NetradicionÄls veids, kÄ uzvarÄt debatÄs: ballistiskais svÄrsts
JoprojÄm grÅ«ti saprast? Ä»aujiet man nedaudz mainÄ«t viedokli:
CilvÄki saka, ka pildspalva ir spÄcÄ«gÄka par zobenu, bet kÄ ar ballistisko svÄrstu? Neuztraucieties ar argumentÄciju un precÄ«ziem mÄrÄ«jumiem.
Satveriet savu uzticamo ballistisko svÄrstu nÄkamajÄ karstÄ strÄ«dÄ un ļaujiet tai runÄt.
Galu galÄ nekas nesaka "man ir taisnÄ«ba" kÄ ierÄ«ce, kas izmanto izmestu svaru, lai noskaidrotu, cik Ätri kustas Å”ÄviÅÅ”.
Labi, tas bija tikai joks, lai izskatÄ«tos pÄc TV reklÄmas.
Tagad atgriezīsimies pie skaidrojuma.
BallistiskÄ svÄrsta funkcijas izpratne
Ierīce ir izgatavota no liela koka bloka, ko tur divas stīgas.
Å is bloks ir svÄrsta bobs.
Sadursme, kas nav elastÄ«ga, ir ballistiskais svÄrsts.
Å ÄdÄ sadursmÄ lietas, kas atsitas viena otrai, salÄ«p kopÄ, un kinÄtiskÄ enerÄ£ija netiek saglabÄta vienÄda.
IeÅ”aujot lodi koka klucÄ«, lode iestrÄgst blokÄ, un bloks un lode kopÄ pavirzÄs lÄ«dz augstumam, kas ir atkarÄ«gs no lodes un bloka smaguma.
Å is ir neelastÄ«gas sadursmes piemÄrs, jo kinÄtiskÄ enerÄ£ija nepaliek nemainÄ«ga.
KÄ noteikt Ätrumu
SvÄrsta Ŕūpoles lielumu var izmantot, lai noskaidrotu lodes impulsu, ko pÄc tam var izmantot, lai noskaidrotu tÄs Ätrumu.
Izmantojot ballistisko svÄrstu, lai noskaidrotu, cik Ätri lÄdiÅÅ” pÄrvietojas, laiks nav jÄmÄra.
TÄ vietÄ jums ir jÄmÄra tikai masa un attÄlums.
HronogrÄfi, kas var tieÅ”i izmÄrÄ«t Å”ÄviÅa Ätrumu, lielÄkoties ir aizstÄjuÅ”i ballistisko svÄrstu.
Bet to joprojÄm izmanto klasÄs, lai parÄdÄ«tu, kÄ darbojas impulss un enerÄ£ijas saglabÄÅ”ana.
Å ÄviÅa Ätruma un citu parametru aprÄÄ·inÄÅ”ana
Lai ar ballistiskÄ svÄrsta palÄ«dzÄ«bu noskaidrotu Å”ÄviÅa sÄkotnÄjo Ätrumu, brÄ«vi ŔūpojoÅ”Ä svÄrsta bobÄ tiek ielaista lode.
PÄc tam, kad abi objekti atsitÄs viens pret otru, svÄrsts pagriežas lÄ«dz augstÄkajam punktam un mainÄs boba un lodes kopÄjais Ätrums.
Impulsa saglabÄÅ”anu var izmantot, lai noteiktu lodes sÄkotnÄjo Ätrumu lodes un lodes masas izteiksmÄ un svÄrsta sasniegto augstumu.
Pirms lode un bobs trÄpÄ«ja viens otram, abiem bija vienÄds Ätrums.
IzmÄrot, cik augstu svÄrsts sasniedz augstÄko punktu, jÅ«s varat noskaidrot, cik Ätri lode sÄkotnÄji kustÄjÄs.
Å ÄviÅa Ätruma aprÄÄ·inÄÅ”ana, izmantojot attÄlumu un laiku
CitÄ veidÄ Å”ÄviÅa sÄkotnÄjo Ätrumu var noskaidrot, izmÄrot, cik tÄlu tas pÄrvietojas horizontÄli.
Å ajÄ metodÄ svÄrsts netiek izmantots, un to var noÅemt no eÅÄ£Äm, lai tas netraucÄtu eksperimentam.
Å ÄviÅÅ” tiek izÅ”auts horizontÄli, un tiek mÄrÄ«ts tÄ darbÄ«bas rÄdiuss.
Izmantojot Å”o skaitli, mÄs varam izmantot vienÄdojumu, lai noskaidrotu, cik ilgs bÅ«s lidojums (6).
PÄc tam, izmantojot vienÄdojumu x = v0 t, kur V0 ir Å”ÄviÅa sÄkotnÄjais Ätrums, mÄs varam noskaidrot sÄkotnÄjo Ätrumu.
SpÄka uz vadu aprÄÄ·inÄÅ”ana
MÄs varam izmantot impulsa un enerÄ£ijas nezÅ«damÄ«bas likumus, lai noskaidrotu spÄku uz auklu tÅ«lÄ«t pÄc trieciena.
Lodes Ätruma izmaiÅas ir vienÄdas ar spÄku, ko tÄ pieliek blokam.
MÄs to varam noskaidrot, izmantojot faktu, ka impulss paliek nemainÄ«gs pirms un pÄc trieciena.
Lodes sÄkotnÄjo impulsu nosaka vienÄdojums p = mv0, kur m ir lodes masa un v0 ir tÄs sÄkotnÄjais Ätrums.
PÄc sadursmes kopÄjÄ masa (m + M) pÄrvietojas ar Ätrumu, ko sauc par vf.
Impulsa saglabÄÅ”anas likums mums saka, ka mv0 = (m + M)vf.
MÄs varam atrisinÄt vf: vf = mv0 / (m + M).
Impulsu, ko lode pieŔķir blokam, nosaka Å”Ädi: I = Īp = m(vf - v0) (vf - v0).
MÄs varam izmantot enerÄ£ijas nezÅ«damÄ«bas likumu, lai noskaidrotu, cik liels spÄks bija uz auklas tÅ«lÄ«t pÄc tam, kad tÄ atsitÄs pret zemi.
KopÄjÄ mehÄniskÄ enerÄ£ija pirms trieciena ir tÄda pati kÄ kopÄjÄ mehÄniskÄ enerÄ£ija pÄc trieciena: (1/2)mv02 = (1/2) (m+M)vf2 + (m+M)gh, kur g ir paÄtrinÄjums, ko izraisa gravitÄcija un h ir augstÄkais punkts, ko var sasniegt bloku un ložu sistÄma.
MÄs varam atrisinÄt vf, izmantojot mÅ«su iepriekÅ”Äjo vienÄdojumu un aizstÄt to ar Å”o vienÄdojumu: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Padarot Å”o vienÄdojumu pÄc iespÄjas vienkÄrÅ”Äku, mÄs iegÅ«stam: v02 = 2gh / (1+M/m).
Otrais Å Å«tona likums norÄda, kÄ atrast spÄku F uz auklas: F = I / t, kur t ir laiks, kas nepiecieÅ”ams, lai bloku un ložu sistÄma pÄrstÄtu kustÄties.
SvÄrsta ŔūpoÅ”anÄs leÅÄ·a aprÄÄ·inÄÅ”ana
Å ÄviÅa sÄkotnÄjais Ätrums ir atkarÄ«gs no tÄ, cik tÄlu svÄrsts svÄrstÄs uz augÅ”u un cik smagi ir svÄrsts un Å”ÄviÅÅ”.
Kad Å”ÄviÅÅ” atsitas pret svÄrstu, svÄrsts pÄrvietojas no lÄ«dzsvara stÄvokļa lÄ«dz maksimÄlajam leÅÄ·im.
Faktori, kas ietekmÄ ballistisko svÄrstu eksperimentus
BallistiskÄ svÄrsta eksperimentÄ lode tiek izÅ”auta koka bluÄ·Ä«, kas karÄjas pie auklas.
Tas liek visam Ŕūpoties līdz augstumam h.
Lai iegÅ«tu precÄ«zus rezultÄtus, ir svarÄ«gi samazinÄt kļūdu avotus.
Laboratorijas eksperimenta laikÄ ar ballistisko svÄrstu var rasties kļūdas, jo mÄrÄ«Å”anas rÄ«ki nav ideÄli, Å”Äviens ne vienmÄr ir vienÄds vai vienÄdojumi nav pareizi pÄrkÄrtoti.
Kļūdu avotu samazinÄÅ”ana
Lai samazinÄtu kļūdu skaitu, var izdarÄ«t vairÄkas lietas.
Vispirms izveidojiet svÄrstu, kas darbojas labi un paliek nemainÄ«gs.
To var izdarÄ«t, pieskrÅ«vÄjot vÄ«tÅotu stieni pie plastmasas kastes un pievienojot svaru, lai lÄ«dzsvara centrs bÅ«tu tuvu kastes centram.
UzmanÄ«gi atzÄ«mÄjiet, kur atrodas masas centrs, un pÄrbaudiet ierÄ«ci, lÄ«dzsvarojot to uz zÄ«muļa.
OtrkÄrt, mÄrÄ«jumi jÄveic pareizi, auklai un lineÄlam nekustoties.
To var izdarÄ«t, pÄrliecinoties, ka eksperimentÄ izmantotais aprÄ«kojums ir stabils un droÅ”s.
TreÅ”kÄrt, Å”ÄviÅÅ” jÄÅ”auj taisnÄ lÄ«nijÄ un katru reizi jÄÄ·er vienÄdi.
Viens no veidiem, kÄ to izdarÄ«t, ir izveidot veidu, kÄ putas notvert Å”ÄviÅu tÄ, lai tas darbotos katru reizi.
UzlabotÄ aprÄ«kojuma izmantoÅ”ana
MÅ«sdienu aprÄ«kojuma izmantoÅ”ana var arÄ« palÄ«dzÄt samazinÄt kļūdas.
PiemÄram, precÄ«zÄka leÅÄ·a lasÄ«tÄja izmantoÅ”ana var palÄ«dzÄt padarÄ«t mÄrÄ«jumus precÄ«zÄkus.
TurklÄt eksperimentu atkÄrtoÅ”ana vairÄkas reizes un datu ierakstÄ«Å”ana pÄc katra izmÄÄ£inÄjuma var palÄ«dzÄt noteikt jebkÄdas datu neatbilstÄ«bas vai novirzes.
NoslÄgumÄ jÄsaka, ka kļūdu samazinÄÅ”ana ballistisko svÄrstu laboratorijas eksperimentÄ ietver tÄdu darbÄ«bu veikÅ”anu kÄ precÄ«za svÄrsta aparÄta izveidoÅ”ana, precÄ«za attÄluma mÄrÄ«Å”ana, taisnu Å”Ävienu konsekventa Å”auÅ”ana ar atbilstoÅ”iem Ä·erÅ”anas mehÄnismiem, uzlabotas iekÄrtas izmantoÅ”ana, ja iespÄjams, un eksperimentu atkÄrtoÅ”ana vairÄkas reizes.
Samazinot vietu skaitu, kur var gadÄ«ties kļūdas, eksperimentu var padarÄ«t precÄ«zÄku, kas ļaus iegÅ«t ticamÄkus rezultÄtus.
Sadursmju demonstrÄcija: Ballistiskais svÄrsts
Padoms. Ja nepiecieÅ”ams, ieslÄdziet parakstu pogu. IestatÄ«jumu pogÄ izvÄlieties āautomÄtiskÄ tulkoÅ”anaā, ja neesat pazÄ«stams ar runÄto valodu. IespÄjams, vispirms bÅ«s jÄnoklikŔķina uz videoklipa valodas, pirms jÅ«su iecienÄ«tÄkÄ valoda kļūst pieejama tulkoÅ”anai.
LietoŔanas gadījumi
| Izmanto: | Apraksts: |
|---|---|
| Å ÄviÅa Ätruma mÄrÄ«Å”ana: | BallistiskÄ svÄrsta primÄrais lietojums ir Å”ÄviÅa Ätruma mÄrÄ«Å”ana. IzmÄrot, cik daudz piekÄrts svars pÄrvietojas pÄc tam, kad tam trÄpÄ«ja Å”ÄviÅÅ”, inženieri un zinÄtnieki var noskaidrot, cik Ätri Å”ÄviÅÅ” pÄrvietojÄs, kad tas atsitÄs pret svaru. |
| Lodes kalibrÄÅ”ana: | Ballistiskie svÄrsti tiek izmantoti, lai pÄrliecinÄtos, ka lodes ir precÄ«zas un konsekventas. IerÄ«ce var noteikt lodes kinÄtisko enerÄ£iju, impulsu un Ätrumu, ko pÄc tam var izmantot, lai pielÄgotu lodes konstrukciju un izgatavoÅ”anu. |
| Ballistisku incidentu izmeklÄÅ”ana: | Tiesu medicÄ«nas eksperti var izmantot ballistiskos svÄrstus, lai izmeklÄtu ballistiskos incidentus. AplÅ«kojot Å”ÄviÅa ceļu un Ätrumu, viÅi var iegÅ«t svarÄ«gu informÄciju, kas var palÄ«dzÄt atrisinÄt noziegumus vai negadÄ«jumus. |
| MateriÄli testiem: | Ballistiskie svÄrsti tiek izmantoti, lai pÄrbaudÄ«tu tÄdu lietu kÄ bruÅu un aizsargaprÄ«kojuma izturÄ«bu un efektivitÄti. IzÅ”aujot materiÄlu ar Å”ÄviÅiem un izmÄrot svÄrsta novirzi, inženieri un zinÄtnieki var novÄrtÄt materiÄla efektivitÄti Å”ÄviÅa apturÄÅ”anÄ vai palÄninÄÅ”anÄ. |
| Ballistikas pÄtÄ«jumi: | PÄtnieki izmanto ballistiskos svÄrstus, lai noskaidrotu, kÄ Å”ÄviÅi uzvedas dažÄdÄs situÄcijÄs. ZinÄtnieki var noskaidrot, kÄ Å”ÄviÅa ceļu un Ätrumu ietekmÄ tÄdas lietas kÄ gaisa pretestÄ«ba, gravitÄcija un trieciena leÅÄ·is. |
SecinÄjums
Tuvojoties ballistiskÄ svÄrsta pasaules ceļojuma beigÄm, mÄs nevaram vien apbrÄ«not to cilvÄku radoÅ”umu, kuri to radÄ«ja.
Ballistiskais svÄrsts kopÅ” tÄ pirmÄs izgatavoÅ”anas ir bijusi svarÄ«ga ballistikas un tiesu medicÄ«nas zinÄtnes jomas sastÄvdaļa.
Bet ballistiskais svÄrsts ir arÄ« labs piemÄrs tam, kÄ zinÄtne un inženierija satiekas brÄ«dÄ«, kad teorijas un principi tiek izmantoti reÄlajÄ pasaulÄ.
Tas parÄda, cik svarÄ«gi ir zinÄtniskie atklÄjumi un jaunas idejas un kÄ tÄs veido un maina pasauli, kurÄ dzÄ«vojam.
TÄpÄc, turpinot virzÄ«t zinÄtniskÄs pÄtniecÄ«bas robežas, neaizmirsÄ«sim, no kurienes esam nÄkuÅ”i, kÄ arÄ« ierÄ«ces un idejas, kas ļÄva Ä«stenot mÅ«sdienu inovÄcijas.
Saites un atsauces
UniversitÄtes fizika ar mÅ«sdienu fiziku
KopÄ«gotā¦
