Hyrje Në Lavjerrësin Balistik

A keni menduar ndonjëherë se si shkencëtarët dhe hetuesit mjeko-ligjorë e llogaritin shpejtësinë e një plumbi? Po të mësoni se si lëviz një predhë ose sa fort godet diçka?

Lavjerrësi balistik është një mjet që ndryshoi botën e balistikës dhe hapi rrugën për shkencën e mjekësisë ligjore siç e njohim sot.

Si student ose inxhinier inxhinierik, është e rëndësishme të kuptoni se si funksionon një lavjerrës balistik dhe si funksionon.

Në këtë postim në blog, unë do të shikoj shkencën pas kësaj pajisjeje interesante, duke përfshirë mënyrën se si funksionon, rregullat që ndjek dhe rëndësinë e saj në inxhinieri dhe fusha të tjera.

Pra, vishni pallton tuaj të laboratorit dhe le të fillojmë!

Hyrje në lavjerrësin balistik

Përkufizimi zyrtar:

Një pajisje që përdor devijimin e një peshe të varur për të përcaktuar momentin e një predheje.

Një lavjerrës balistik është një pajisje e thjeshtë por efektive që përdoret për matjen e shpejtësisë dhe energjisë kinetike të një predheje, siç është një plumb.

Ai përbëhet nga një bllok i madh druri që është i varur nga dy tela dhe shërben si bob lavjerrës.

Parimi i Punës

Për të matur shpejtësinë e një plumbi me një lavjerrës balistik, një plumb qëllohet në një bllok druri që është i varur nga një varg.

Plumbi ngec në bllok, gjë që bën që i gjithë sistemi i bllokut dhe i plumbit të lëkundet deri në një lartësi h.

Ruajtja e energjisë mekanike thotë se 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, ku m është masa e plumbit, M është masa e bllokut, vf është shpejtësia e tyre përfundimtare pas përplasjes dhe h është pikën e tyre më të lartë.

Ligjet për ruajtjen

Ligjet e ruajtjes të përfshira në llogaritjen e shpejtësisë fillestare të një predhe në një lavjerrës balistik janë ligjet e ruajtjes së momentit dhe ruajtjes së energjisë.

Gjatë përplasjes, momenti mbahet i njëjtë, dhe pas përplasjes, energjia mbahet e njëjtë.

Kur predha arrin pikën e saj më të lartë, energjia kinetike që kishte në fillim shndërrohet në energji potenciale.

Ndërsa lavjerrësi lëkundet poshtë, energjia potenciale gravitacionale kthehet në energji kinetike.

Mënyra jokonvencionale për të fituar një debat: Lavjerrësi balistik

Ende e vështirë për t'u kuptuar? Më lejoni të ndryshoj pak këndvështrimin:

Njerëzit thonë se stilolapsi është më i fuqishëm se shpata, por ç'të themi për lavjerrësin balistik? Mos u mërzit me arsyetimin dhe matjet e sakta.

Merrni lavjerrësin tuaj të besueshëm balistik herën tjetër që do të jeni në një debat të ashpër dhe lëreni të flasë.

Në fund të fundit, asgjë nuk thotë "kam të drejtë" si një pajisje që përdor një peshë të hedhur për të kuptuar se sa shpejt lëviz një predhë.

Mirë, kjo ishte vetëm një shaka e bërë për t'u dukur si një reklamë televizive.

Tani le të kthehemi te shpjegimi.

Kuptimi i funksionit të lavjerrësit balistik

Pajisja përbëhet nga një bllok i madh druri që mbahet nga dy tela.

Ky bllok është bob lavjerrës.

Një përplasje që nuk është elastike është lavjerrësi balistik.

Në këtë lloj përplasjeje, gjërat që godasin njëra-tjetrën ngjiten së bashku dhe energjia kinetike nuk mbahet e njëjtë.

Kur një plumb qëllohet në bllokun e drurit, plumbi ngec në bllok dhe blloku dhe plumbi së bashku lëkunden deri në një lartësi që varet nga sa i rëndë janë plumbi dhe blloku.

Ky është një shembull i një përplasjeje joelastike sepse energjia kinetike nuk qëndron e njëjtë.

Si të kuptoni shpejtësinë

Madhësia e lëkundjes së lavjerrësit mund të përdoret për të kuptuar momentin e plumbit, i cili më pas mund të përdoret për të kuptuar shpejtësinë e tij.

Kur përdorni një lavjerrës balistik për të kuptuar se sa shpejt lëviz një predhë, nuk keni nevojë të matni kohën.

Në vend të kësaj, ju duhet vetëm të matni masën dhe distancën.

Kronografët, të cilët mund të masin drejtpërdrejt shpejtësinë e një predhe, kryesisht kanë zëvendësuar lavjerrësin balistik.

Por ende përdoret në klasa për të treguar se si funksionon momenti dhe ruajtja e energjisë.

Llogaritja e shpejtësisë së predhës dhe parametrave të tjerë

Për të kuptuar shpejtësinë fillestare të një predhe me ndihmën e një lavjerrësi balistik, një plumb qëllohet në bobin me lëkundje të lirë të lavjerrësit.

Pasi dy objektet godasin njëri-tjetrin, lavjerrësi lëkundet në pikën e tij më të lartë dhe shpejtësia e kombinuar e bobit dhe plumbit ndryshon.

Ruajtja e momentit mund të përdoret për të përcaktuar shpejtësinë fillestare të plumbit në terma të masave të plumbit dhe bobit dhe lartësisë së arritur nga lavjerrësi.

Para se plumbi dhe bobi të goditeshin me njëri-tjetrin, të dy kishin të njëjtën shpejtësi.

Duke matur se sa lart shkon lavjerrësi në pikën e tij më të lartë, mund të kuptoni se sa shpejt po lëvizte plumbi në fillim.

Llogaritja e shpejtësisë së predhës duke përdorur distancën dhe kohën

Në një mënyrë tjetër, shpejtësia fillestare e një predhe mund të përcaktohet duke matur se sa larg lëviz horizontalisht.

Lavjerrësi nuk përdoret në këtë metodë dhe mund të hiqet nga menteshat e tij në mënyrë që të mos pengojë eksperimentin.

Predha qëllohet horizontalisht dhe matet diapazoni i saj.

Me këtë numër, ne mund të përdorim ekuacionin për të kuptuar se sa kohë do të zgjasë fluturimi (6).

Pastaj, duke përdorur ekuacionin x = v0 t, ku V0 është shpejtësia fillestare e predhës, mund të kuptojmë shpejtësinë fillestare.

Llogaritja e forcës në kordon

Ne mund të përdorim ligjet e momentit dhe të ruajtjes së energjisë për të kuptuar forcën në kordon menjëherë pas goditjes.

Ndryshimi i shpejtësisë së plumbit është i barabartë me forcën që ushtron bllokut.

Ne mund ta kuptojmë këtë duke përdorur faktin se momenti qëndron i njëjtë para dhe pas një ndikimi.

Momenti fillestar i plumbit jepet nga ekuacioni p = mv0, ku m është masa e plumbit dhe v0 është shpejtësia e tij fillestare.

Pas përplasjes, masa totale (m + M) lëviz me një shpejtësi të quajtur vf.

Ligji i ruajtjes së momentit na tregon se mv0 = (m + M)vf.

Mund të zgjidhim për vf: vf = mv0 / (m + M).

Impulsi i dhënë nga plumbi në bllok jepet më pas nga: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).

Ne mund të përdorim ligjin e ruajtjes së energjisë për të kuptuar se sa forcë ishte në kordon menjëherë pasi ai goditi tokën.

Energjia totale mekanike para goditjes është e njëjtë me energjinë totale mekanike pas goditjes: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, ku g është nxitimi i shkaktuar nga graviteti dhe h është pika më e lartë që mund të arrijë sistemi i bllokut dhe i plumbave.

Ne mund të zgjidhim për vf duke përdorur ekuacionin tonë të mëparshëm dhe ta zëvendësojmë atë në këtë ekuacion: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.

Duke e bërë këtë ekuacion sa më të thjeshtë që të jetë e mundur, marrim: v02 = 2gh / (1+M/m).

Ligji i dytë i Njutonit na tregon se si të gjejmë forcën F në kordon: F = I / t, ku t është koha që duhet që sistemi i bllokut dhe i plumbave të ndalojë lëvizjen.

Llogaritja e këndit të lëkundjes së lavjerrësit

Shpejtësia fillestare e predhës varet nga sa larg lëkundet lavjerrësi lart dhe sa të rëndë janë lavjerrësi dhe predha.

Kur një predhë godet një lavjerrës, lavjerrësi lëviz lart nga pozicioni i tij ekuilibër në këndin e tij maksimal.

Faktorët që ndikojnë në eksperimentet e lavjerrësit balistik

Në një eksperiment me lavjerrës balistik, një plumb qëllohet në një bllok druri që është i varur nga një varg.

Kjo bën që e gjithë gjëja të lëkundet deri në një lartësi h.

Për të arritur rezultate të sakta, është e rëndësishme të minimizoni burimet e gabimeve.

Gjatë një eksperimenti laboratorik me një lavjerrës balistik, gabimet mund të ndodhin sepse mjetet matëse nuk janë perfekte, gjuajtja nuk është gjithmonë e njëjtë ose ekuacionet nuk janë riorganizuar siç duhet.

Reduktimi i burimeve të gabimit

Mund të bëhen disa gjëra për të reduktuar gabimet.

Së pari, bëni një lavjerrës që funksionon mirë dhe qëndron i njëjtë.

Kjo mund të bëhet duke ngjitur një shufër të filetuar në një kuti plastike dhe duke shtuar peshë për ta bërë qendrën e ekuilibrit afër qendrës së kutisë.

Shënoni me kujdes se ku është qendra e masës dhe provoni pajisjen duke e balancuar në një laps.

Së dyti, matjet duhet të merren në mënyrë korrekte, me vargun dhe vizoren të qëndrojnë pa lëvizur.

Kjo mund të bëhet duke u siguruar që pajisjet e përdorura në eksperiment të jenë të qëndrueshme dhe të sigurta.

Së treti, predha duhet të qëllohet në vijë të drejtë dhe të kapet në të njëjtën mënyrë çdo herë.

Një mënyrë për ta bërë këtë është të krijoni një mënyrë për shkumën për të kapur predhën në një mënyrë që funksionon çdo herë.

Përdorimi i pajisjeve të avancuara

Përdorimi i pajisjeve moderne mund të ndihmojë gjithashtu në uljen e gabimeve.

Për shembull, përdorimi i një lexuesi këndor më të saktë mund të ndihmojë në bërjen e matjeve më të sakta.

Për më tepër, përsëritja e eksperimenteve disa herë dhe regjistrimi i të dhënave pas çdo prove mund të ndihmojë në identifikimin e çdo mospërputhjeje ose dallimi në të dhëna.

Si përfundim, zvogëlimi i gabimeve në një eksperiment laboratorik me lavjerrës balistik përfshin marrjen e hapave të tillë si ndërtimi i një aparati të saktë lavjerrës, matja e saktë e distancave, gjuajtja e të shtënave të drejta në përputhje me mekanizmat e duhur të kapjes, përdorimi i pajisjeve të avancuara ku është e mundur dhe përsëritja e eksperimenteve shumë herë.

Duke zvogëluar numrin e vendeve ku mund të ndodhin gabime, eksperimenti mund të bëhet më i saktë, gjë që do të çojë në rezultate më të besueshme.

Demoja e përplasjeve: lavjerrësi balistik

Këshillë: Aktivizoni butonin e titrave nëse ju nevojitet. Zgjidhni "përkthim automatik" në butonin e cilësimeve, nëse nuk jeni të njohur me gjuhën e folur. Mund t'ju duhet së pari të klikoni në gjuhën e videos përpara se gjuha juaj e preferuar të bëhet e disponueshme për përkthim.

Raste te perdorimit

Përdorur në:	Përshkrim:
Matja e shpejtësisë së një predhe:	Përdorimi kryesor i lavjerrësit balistik është matja e shpejtësisë së një predheje. Duke matur se sa lëviz një peshë e varur pasi një predhë e godet atë, inxhinierët dhe shkencëtarët mund të kuptojnë se sa shpejt lëvizte predha kur goditi peshën.
Kalibrimi i plumbave:	Lavjerrësit balistikë përdoren për t'u siguruar që plumbat janë të saktë dhe të qëndrueshëm. Pajisja mund të përcaktojë energjinë kinetike, momentin dhe shpejtësinë e plumbit, të cilat më pas mund të përdoren për të rregulluar dizajnin dhe prodhimin e plumbit.
Hetimi i incidenteve balistike:	Ekspertët e mjekësisë ligjore mund të përdorin lavjerrës balistikë për të hetuar incidentet balistike. Duke parë rrugën dhe shpejtësinë e një predheje, ata mund të marrin informacione të rëndësishme që mund të ndihmojnë në zgjidhjen e krimeve ose aksidenteve.
Materialet për teste:	Lavjerrësit balistikë përdoren për të testuar qëndrueshmërinë dhe efektivitetin e gjërave si forca të blinduara dhe pajisje mbrojtëse. Duke gjuajtur predha në material dhe duke matur devijimin e lavjerrësit, inxhinierët dhe shkencëtarët mund të vlerësojnë efektivitetin e materialit në ndalimin ose ngadalësimin e një predheje.
Hulumtimi mbi balistikën:	Studiuesit përdorin lavjerrës balistikë për të zbuluar se si sillen predha në situata të ndryshme. Shkencëtarët mund të kuptojnë se si rruga dhe shpejtësia e një predheje ndikohen nga gjëra të tilla si rezistenca e ajrit, graviteti dhe këndi i goditjes.

konkluzioni

Ndërsa i afrohemi fundit të turneut tonë në botën e lavjerrësit balistik, nuk mund të mos admirojmë kreativitetin e njerëzve që e bënë atë.

Lavjerrësi balistik ka qenë një pjesë e rëndësishme e fushave të balistikës dhe shkencës së mjekësisë ligjore që kur u krijua për herë të parë.

Por lavjerrësi balistik është gjithashtu një shembull i mirë se si shkenca dhe inxhinieria takohen në pikën ku teoritë dhe parimet vihen në përdorim në botën reale.

Ai tregon se sa të rëndësishme janë zbulimet shkencore dhe idetë e reja dhe se si ato formojnë dhe ndryshojnë botën në të cilën jetojmë.

Pra, ndërsa vazhdojmë të shtyjmë kufijtë e kërkimit shkencor, të mos harrojmë se nga erdhëm dhe pajisjet dhe idetë që bënë të mundur risitë e sotme.

Lidhjet dhe referencat

Fizika universitare me fizikën moderne