كمهندسين ، غالبًا ما يُطلب منا صنع آلات يجب أن تعمل في ظروف صعبة ، مثل المرور عبر الهواء أو الحفر في سطح الأرض.
في هذه الأنواع من المواقف ، فإن معرفة كيفية عمل المسار الباليستي أمر بالغ الأهمية لنجاح المهمة.
الفكرة الرئيسية وراء الأسلحة الحديثة والمركبات الفضائية وحتى المعدات الرياضية هي المسار الباليستي ، وهو مسار المقذوف الذي لا يتأثر إلا بالجاذبية ومقاومة الهواء.
من رصاصة من مسدس إلى صاروخ يتم إطلاقه من سفينة ، تتحرك هذه الأشياء وفقًا لقواعد المسار الباليستي.
من خلال معرفة ما الذي يجعل المقذوف يذهب إلى حيث يعمل ، يمكن للمهندسين صنع أنظمة أفضل من حيث الأداء والدقة والسلامة.
في هذه المقالة ، سألقي نظرة على مدى تعقيد المسار الباليستي ، وكيف يتم استخدامه في الهندسة ، وما لا يمكنه فعله ، وكيفية اختباره.
لذلك ، سواء كنت مهندسًا طموحًا أو محترفًا متمرسًا ، اربط حزام الأمان واستعد للغوص في العالم الرائع للمسار الباليستي.
فهم المسار الباليستي
تعريف رسمي:
يتم تحديد المسار الذي يتبعه الجسم فقط من خلال قوى الجاذبية ومقاومة الوسط الذي يمر عبره.
المسار الباليستي هو مسار جسم يُلقى أو يُطلق أو يُسقط أو يُقدم أو يُطلق عليه ، لكنه لا يتحرك من تلقاء نفسه أثناء مروره في الهواء.
يتم ضبطه بالكامل من خلال السرعة الأولية وتأثيرات الجاذبية وتأثيرات مقاومة الهواء.
في الميكانيكا الكلاسيكية ، يتم تحديد مسار الكائن من خلال مكانه ومدى سرعة تحركه في وقت معين.
يتم ذلك باستخدام الإحداثيات المتعارف عليها وميكانيكا هاملتون.
تختلف المسارات الباليستية عن الأنواع الأخرى من المسارات لأنها لا تحتوي على أي دفع نشط.
لكن الجاذبية ومقاومة الهواء يمكن أن تؤثر أيضًا على أنواع أخرى من المسارات ، مثل مسار المظلة أو الطائرة الشراعية.
فهم حركة الأجسام في مسار باليستي
عندما يتأثر الجسم بالجاذبية ، تتحدد حركته تمامًا حسب السرعة والزاوية التي انطلق بها.
في ألعاب الفيديو حيث يتحرك الأعداء ، يتم استخدام الخوارزميات لمعرفة أين سيذهب الرصاص عندما يصطدم بالأهداف المتحركة.
للتأكد من أن الكائن يذهب إلى حيث من المفترض أن يكون ، يجب حساب زاوية الإطلاق وسرعته بعناية.
تطبيقات المسار الباليستي
غالبًا ما تستخدم ألعاب الفيديو المسارات الباليستية لمعرفة كيفية إطلاق قذيفة بالزاوية الصحيحة لضرب الهدف.
للمسارات الباليستية أيضًا استخدامات مهمة في مجالات مثل الجيش والهندسة ، حيث يمكن استخدامها للتنبؤ بمسار المقذوفات مثل الرصاص والصواريخ وتحسين دقتها ومداها.
من قذائف المدفع إلى الصواريخ: العالم الرائع للمسار الباليستي
لا يزال من الصعب فهمها؟ دعني أغير وجهة النظر قليلاً:
إذا احتجت في أي وقت إلى إطلاق قذيفة مدفع من سفينة قرصنة ، فتذكر التصويب عاليًا ، وأخذ الجاذبية في الاعتبار ، وادع ألا تهبط الكرة في المحيط.
بعد كل شيء ، يتم تحديد مسار كرة المدفع هذه فقط من خلال الجاذبية ومقاومة الهواء ، ولن ترغب في تفويت هدفك وينتهي بك المطاف في خزانة ديفي جونز.
بكل جدية ، فإن فكرة المسار الباليستي أكثر تعقيدًا بكثير من إطلاق مدفع من سفينة قرصنة ، ويحتاج المهندسون والعلماء إلى معرفة كيفية عملها.
لذا ، دعنا نبحر ونغوص في العالم الرائع للمسار الباليستي ، حيث حتى الأشياء الأكثر شيوعًا يمكن أن تصبح أشياء من الأساطير.
حسنًا ، كانت هذه مجرد مزحة تشبه إعلانًا تليفزيونيًا.
الآن دعنا نعود إلى الشرح.
العوامل المؤثرة في المسار الباليستي
لفهم كيفية تحرك الجسم الباليستي ، عليك أن تنظر إلى العديد من الأشياء التي تؤثر على مساره.
بمعنى واسع ، يمكن تقسيم هذه الأشياء إلى مجموعتين: العوامل الخارجية والعوامل الداخلية.
عوامل خارجية
- جاذبية.
تعتبر الجاذبية من أهم الأشياء التي تؤثر على اتجاه الكرة.
يعطي الجسم تسارعًا رأسيًا قدره -9.8 م / ث 2 ، مما يعني أن سرعته الرأسية تتغير بمقدار -9.8 م / ث كل ثانية.
إذا لم تكن هناك قوى خارجية تؤثر على الجسم ، فإن السرعة الأفقية تظل كما هي.
مسار طيران الأجسام التي يتم إلقاؤها بالقرب من الأرض مع القليل من مقاومة الهواء هو القطع المكافئ.
- السحب أو مقاومة الهواء.
تعتمد مقاومة الهواء ، وتسمى أيضًا مقاومة الهواء ، على السرعة والكتلة ومساحة السطح.
كلما زاد السحب من إبطاء المقذوف بنفس الكتلة والمساحة ، زادت سرعة حركته.
عند معرفة كيفية تحرك المقذوف ، يجب مراعاة مقاومة الهواء.
عندما تكون مقاومة الهواء قوية ، يكون من الصعب معرفة مسار الرحلة.
يُستخدَم المعامل الباليستي (BC) في جداول المسار لمعرفة سرعة المقذوف على مسافة وسحبها.
- رياح.
يمكن أن يكون لسرعة الرياح واتجاهها تأثير كبير على مسار الجسم المتحرك.
أثناء الطيران ، يمكن للرياح أن تجعل القذيفة تنحرف عن مسارها ، مما يجعل من الصعب معرفة مكان هبوطها.
العوامل الداخلية
- السرعة في البداية.
السرعة التي يتم بها إطلاق المقذوف هي السرعة الابتدائية.
كلما ابتعدت المقذوف ، زادت سرعة تحركه في البداية.
- زاوية الإطلاق.
زاوية الإطلاق هي الزاوية بين الأفقي واتجاه إرسال المقذوف.
عندما لا تكون هناك مقاومة كبيرة للهواء ، يعتمد مدى المقذوف على الأرض المستوية على الزاوية التي يتم إطلاقها عندها.
- شكل الكائن ودورانه.
عندما تكون مقاومة الهواء مهمة ، فإن شكل الجسم ودورانه يؤثران على مسار طيرانه.
يُظهر المعامل الباليستي (BC) مدى جودة تحليق الجسم في الهواء.
يعتمد ذلك على أشياء مثل مقدار وزنها وحجمها.
ضغط ودرجة حرارة الهواء.
يمكن أن يتأثر مسار الجسم الباليستي بضغط الهواء ودرجة الحرارة.
عندما تتغير كثافة الهواء ، يؤدي السحب إلى إبطاء الكائن ، مما يغير مساره.
حساب المسار الباليستي
اعتمادًا على مدى صعوبة المشكلة ، يمكنك استخدام معادلات رياضية مختلفة لمعرفة المسار الدقيق للقذيفة.
غالبًا ما تُستخدم المعادلات التفاضلية العادية (ODEs) لمعرفة كيفية تحرك المقذوف عند أخذ الجاذبية ومقاومة الهواء في الاعتبار.
ولكن يمكنك أيضًا استخدام طرق التكامل العددي لمعرفة أين ستذهب المقذوفة.
معادلات التسريع المستمر
باستخدام معادلات التسارع الثابت ، يمكنك معرفة مكان المقذوف ، ومدى سرعته ، ومدى سرعته في أي وقت.
يؤدي تطبيق قوانين نيوتن للحركة إلى هذه المعادلات ، والتي يمكن كتابتها على النحو التالي:
س = x0 + v0x * تي
ص = y0 + v0y * t - 0.5 * g * t ^ 2
vx = v0x
vy = v0y - g * t
حيث x و y هما الموضعان الأفقي والرأسي للقذيفة ، و x0 و y0 هما الموضعان الأوليان ، و v0x و v0y هما السرعات الأولية في الاتجاهين x و y ، و g هو التسارع الناتج عن الجاذبية ، و t هو الوقت الذي اجتاز.
اسحب صيغة القوة
باستخدام صيغة قوة السحب ، يمكنك معرفة مقدار مقاومة المقذوف.
يأخذ في الاعتبار السحب ، حيث (C) هو معامل سحب الرصاصة ، () هي كثافة الهواء ، (A) هي مساحة سطح الرصاصة ، (t) هي وقت طيران الرصاصة ، و (م) هي كتلة الرصاصة.
المعامل الباليستي
المعامل الباليستي هو عامل مهم آخر في معرفة مسار الكرة (BC).
هذا المعامل هو طريقة لقياس مدى جودة تحرك المقذوف في الهواء ، ويعتمد على أشياء مثل وزنه وشكله وقطره.
يمكن استخدام BC لمعرفة مسار الرصاصة والسرعة النهائية دون الحاجة إلى القيام بحسابات معقدة.
آثار الجاذبية
إذا كانت الجاذبية هي نفسها في كل مكان ولم تكن هناك قوى أخرى تعمل على جسم يتحرك في الفضاء ، فسيكون مساره إما مكافئًا أو إهليلجيًا ، اعتمادًا على المدى الذي يذهب إليه قبل أن يصطدم بشيء ما أو يتم سحبه للخلف بواسطة الجاذبية.
ولكن نظرًا لأن الجاذبية تتغير اعتمادًا على مدى قربك من الأجسام الكبيرة مثل الكواكب والنجوم ، ولأن هناك قوى أخرى تلعب دورًا مثل الرياح الشمسية وضغط الإشعاع ، يمكن أن تكون هناك مسارات زائدية في حالات السفر في الفضاء مثل المذنبات التي تمر بالقرب من الشمس أو بعثات السفر بين الكواكب.
اختيار المسار الباليستي
يتم اختيار المسار الباليستي الأمثل للصاروخ الباليستي بحيث يكون مداها ودقتها في أفضل حالاتها.
من نقطة واحدة على سطح الأرض إلى أخرى ، يتم حساب المسار الذي يزيد الحمولة الإجمالية (وزن الرمي) مع قوة الدفع المتاحة للصاروخ.
من خلال تقليل وزن الحمولة ، يمكن اختيار مسارات مختلفة ، والتي يمكن أن تزيد من النطاق الاسمي أو تقلل الوقت الإجمالي في الرحلة.
الأشياء التي تؤثر على مسار الرصاصة:
يتأثر مسار الصاروخ الباليستي بالعديد من الأشياء التي تؤثر على مداه وسرعته ودقته.
تعد الكتلة والسرعة الأولية وزاوية الإطلاق ومقاومة الهواء والجاذبية بعضًا من هذه العوامل.
على سبيل المثال ، يعتمد وزن قذف الصاروخ على كتلته وسرعته الأولية ، والتي يمكن أن تغير مسارها.
الزاوية التي ينطلق منها الصاروخ عامل مهم آخر في تحديد مساره.
للحصول على أقصى مسافة ودقة ، تحتاج إلى اختيار أفضل زاوية إطلاق.
نظام الدقة والإرشاد:
يعتمد اتجاه ودقة الصاروخ الباليستي على نظام التوجيه الخاص به.
يمكن للقوى أن تتسبب في انحراف الصاروخ عن مساره المخطط ، لذلك فهو يحتاج إلى نظام توجيه سريع المفعول ودقيق لإعادته إلى المسار الصحيح.
يمكن للصواريخ الموجهة تغيير اتجاهها بطرق مختلفة.
إحدى الطرق هي من خلال أنظمة التوجيه بالقصور الذاتي ، والتي تستخدم مقاييس التسارع لقياس التغيرات في السرعة والاتجاه ومعرفة مكان الصاروخ بالنسبة إلى المكان الذي بدأ فيه.
تتحكم الأنظمة الأخرى في اتجاه الصاروخ باستخدام الأسطح الديناميكية الهوائية مثل زعانف الذيل أو نفاثات التفاعل.
الأنواع المختلفة للرؤوس الحربية هي:
يمكن أيضًا أن يتأثر مدى وسرعة ودقة الصاروخ الباليستي بنوع الرأس الحربي الذي يمتلكه.
هناك أنواع مختلفة من الرؤوس الحربية ، مثل الكيماوية والبيولوجية والنووية.
كل نوع له صفات مختلفة تغير كيفية تحرك الصاروخ وأين يضرب.
وضع الصواريخ الباليستية في مجموعات:
تحدد المسافة القصوى التي يمكن أن يقطعها الصاروخ الباليستي المسافة التي يمكن أن يقطعها.
يمكن للصواريخ قصيرة المدى أن تسافر أقل من 1000 كيلومتر (حوالي 620 ميلاً) ، ويمكن للصواريخ متوسطة المدى أن تسافر بين 1000 و 3000 كيلومتر (حوالي 620 إلى 1860 ميلاً) ، والصواريخ متوسطة المدى يمكن أن تسافر بين 3000 و 5500 كيلومتر (حوالي 1860 كيلومترًا). -3،410 ميل).
باختصار ، لاختيار أفضل مسار باليستي ، يتأثر المدى والسرعة بأشياء مثل حساب وزن الرمي بناءً على المسارات المثلى أو المنخفضة.
تُستخدم أقصى مسافة يمكن أن يقطعها صاروخ باليستي لتحديد مداه.
تعتمد الدقة على نظام توجيه دقيق يمكنه حساب القوى التي قد تتسبب في انحراف السيارة عن المسار المخطط لها.
يمكن أن يتأثر مسار الصاروخ وتأثيره أيضًا بنوع الرأس الحربي الذي يمتلكه.
تطبيقات المسار الباليستي
تطبيقات في العسكرية
في التطبيقات العسكرية ، يعد المسار الباليستي مهمًا للغاية لأنه يساعد في تخطيط المقذوفات وتسريعها للحصول على النتائج المرجوة.
يتم استخدامه لمعرفة الزاوية التي يجب أن تطير بها المقذوف للحصول على أقصى سرعة أو مسافة.
يتم استخدامه لمعرفة المدى الذي ستذهب إليه نيران المدفعية ومدى دقتها.
كما أنها تستخدم لمعرفة مقدار الضرر الذي ستحدثه قذائف الهاون والرؤوس الحربية للصواريخ.
تطبيقات في الهندسة
عند تصميم الصواريخ والصواريخ لاستكشاف الفضاء ، يعد المسار الباليستي عاملاً مهمًا للغاية.
يستخدم المهندسون قواعد المسار الباليستي لمعرفة أين سيذهب الصاروخ أو الصاروخ والتأكد من وصوله إلى حيث من المفترض أن يتجه.
كما يستخدمونها أيضًا لتحسين تصميم الصاروخ أو الصاروخ للتأكد من أنه يتمتع بالسرعة والمدى اللذين يحتاجهما للقيام بعمله.
تطبيقات في الرياضة
في الرياضة ، يعد المسار الباليستي مهمًا أيضًا.
في معظم الألعاب الرياضية ، تتحرك المقذوف ، عادة كرة ، في الهواء.
يستخدم المحللون مفاهيم فيزيائية مثل علم الحركة وحركة القذيفة لمعرفة أفضل زاوية لتحليق الكرة لتعظيم السرعة أو المسافة.
في لعبة البيسبول ، على سبيل المثال ، يستخدم المحللون معرفتهم بالحركية وحركة القذيفة لدراسة الأباريق وإيجاد أفضل طريقة لرميها.
يستخدم المحللون في كرة السلة هذه القواعد لاكتشاف الزاوية الأفضل للتسديدة التي ستمنح اللاعب أفضل فرصة للتسجيل.
حدود المسار الباليستي والتحقق منه
هناك طرق عديدة للتحقق مما إذا كان المسار الباليستي دقيقًا ، مثل:
اختبار المدى
اختبار المدى هو طريقة واحدة.
في هذه الطريقة ، يتم إطلاق القذيفة على هدف معروف ويتم قياس المسافة من الهدف المقصود.
يمكن استخدام هذه الطريقة لاختبار مدى دقة المسار الباليستي في ظروف مختلفة ، مثل الرياح ودرجة الحرارة والارتفاع.
رادار دوبلر
رادار دوبلر هو طريقة أخرى يمكن استخدامها لتتبع رحلة المقذوف ومقارنة المسار المقاس بالمسار المتوقع.
يمكن استخدام هذه الطريقة لمعرفة سرعة المقذوف وتسارعه وموقعه في نقاط مختلفة على طول مساره.
كاميرات عالية السرعة
يمكن للكاميرات عالية السرعة تسجيل مسار القذيفة ومعرفة إلى أين تتجه.
هذه الطريقة جيدة لدراسة تحليق المقذوف بالتفصيل ، مثل معرفة كيفية تأثير الدوران والسحب والرياح عليه.
اختبار نفق الرياح
باستخدام نفق الرياح ، يمكن محاكاة طيران القذيفة في بيئة محكومة ويمكن دراسة مسارها في ظل ظروف رياح مختلفة.
يمكن استخدام هذه الطريقة لاختبار كيفية تأثير القوى الديناميكية الهوائية على كيفية تحليق المقذوف.
محاكاة الكمبيوتر
أخيرًا ، يمكن استخدام محاكاة الكمبيوتر للتنبؤ والتأكد من دقة المسار الباليستي.
تتضمن هذه الطريقة استخدام برامج الكمبيوتر لمحاكاة تحليق المقذوف ومقارنة مسار المحاكاة بالمسار المتوقع.
هذه الطريقة مفيدة لاختبار مدى دقة نموذج التنبؤ بالمسار الباليستي في ظل ظروف الإطلاق المختلفة والعوامل البيئية.
في الختام ، يمكن التحقق من دقة المسار الباليستي باستخدام عدد من الطرق ، مثل اختبار المدى ، ورادار دوبلر ، والكاميرات عالية السرعة ، واختبار نفق الرياح ، ومحاكاة الكمبيوتر.
تعتمد الطريقة المستخدمة على أهداف الاختبار والموارد المتاحة.
الجزء من النص السابق الذي تحدث عن التحقق من صحة مسار باليستي في سياق النظر إلى علامات الأسلحة والأدوات لم يكن له أي علاقة بالسؤال.
حركة المقذوفات - المسار الباليستي
نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة المنطوقة. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.
خاتمة
مع وصولنا إلى نهاية رحلتنا عبر عالم المسار الباليستي ، يتضح شيء واحد: قوانين الفيزياء في كل مكان.
يشرحون كل من الأشياء الأكثر شيوعًا والأكثر غرابة التي تحدث في كوننا.
قوانين الطبيعة هي نفسها سواء تم إرسال صاروخ إلى الفضاء أو إطلاق رصاصة من بندقية.
كمهندسين ، فإن مهمتنا هي استخدام هذه القوانين لتصميم الآلات التي تجعل حياتنا أفضل وتدفع حدود ما هو ممكن.
ولكن عندما نفكر في مدى تعقيد المسار الباليستي ، يجب أن نفكر أيضًا في ما يعنيه عملنا من حيث الأخلاق.
يجب أن نستخدم معرفتنا ومهاراتنا بطريقة مسؤولة ونفكر في كيفية تأثير ما نصنعه على الناس والبيئة.
في النهاية ، فإن دراسة المسار الباليستي لا تتعلق فقط بمعرفة كيفية تحرك الأشياء عبر الفضاء ؛ إنه يتعلق أيضًا باستخدام تلك المعرفة لدفع أهداف البشرية إلى الأمام.
دعونا نستمر في النظر في أسرار الكون بإحساس بالهدف والتواضع والفضول.
الروابط والمراجع
المسارات الباليستية التحليلية مع السحب الخطي تقريبًا:
مشاركه فى…
