Elgondolkozott már azon, hogyan számítják ki a törvényszéki tudósok és nyomozók a golyó sebességét? Mit szólnál ahhoz, ha megtanulnád, hogyan mozog egy lövedék, vagy milyen erősen talál el valamit?
A ballisztikus inga egy olyan eszköz, amely megváltoztatta a ballisztika világát, és megnyitotta az utat a mai kriminalisztika előtt.
Mérnökhallgatóként vagy mérnökként fontos megérteni a ballisztikus inga működését és működését.
Ebben a blogbejegyzésben megvizsgálom az érdekes eszköz mögött meghúzódó tudományt, beleértve a működését, a betartandó szabályokat, valamint a mérnöki és egyéb területeken betöltött fontosságát.
Tehát vegye fel a laborköpenyét, és kezdjük!
Bevezetés a ballisztikus ingába
Formális meghatározás:
Olyan eszköz, amely a felfüggesztett súly kitérését használja a lövedék lendületének meghatározására.
A ballisztikus inga egy egyszerű, de hatékony eszköz egy lövedék, például egy golyó sebességének és mozgási energiájának mérésére.
Egy nagy fatömbből áll, amelyet két madzagra akasztanak fel, és ingabobként szolgál.
Működési elv
A lövedék sebességének ballisztikus ingával való mérésére egy golyót lőnek ki egy zsinóron lógó fatömbbe.
A golyó beleakad a blokkba, amitől az egész blokk és golyó rendszer fellendül valami h magasságban.
A mechanikai energia megmaradása azt mondja, hogy 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, ahol m a golyó tömege, M a blokk tömege, vf a végső sebességük ütközés után, és h legmagasabb pontjuk.
Természetvédelmi törvények
A ballisztikus ingában lévő lövedék kezdeti sebességének kiszámításához szükséges megmaradási törvények a lendület megmaradásának és az energia megmaradásának törvényei.
Az ütközés során a lendület ugyanaz, az ütközés után pedig az energia.
Amikor a lövedék eléri legmagasabb pontját, az induláskor meglévő kinetikus energiája potenciális energiává alakul.
Ahogy az inga visszalendül, a gravitációs potenciális energia visszaváltozik mozgási energiává.
A vita megnyerésének nem szokványos módja: A ballisztikus inga
Még mindig nehéz megérteni? Hadd változtassak egy kicsit a nézőponton:
Az emberek azt mondják, hogy a toll erősebb, mint a kard, de mi a helyzet a ballisztikus ingával? Ne foglalkozz az érveléssel és a pontos mérésekkel.
Ragadja meg megbízható ballisztikus ingáját, amikor legközelebb heves vitába keveredik, és hagyja, hogy beszéljen.
Végtére is, semmi sem mondja ki, hogy "igazam van", mint egy eszköz, amely egy dobott súly segítségével állapítja meg, milyen gyorsan mozog a lövedék.
Oké, ez csak egy vicc volt, hogy úgy nézzen ki, mint egy tévéreklám.
Most térjünk vissza a magyarázathoz.
A ballisztikus inga működésének megértése
A készülék egy nagy fatömbből áll, amelyet két zsinór tart fel.
Ez a blokk az ingabob.
A nem rugalmas ütközés a ballisztikus inga.
Ebben a fajta ütközésben az egymást érő dolgok összetapadnak, és a mozgási energia nem marad változatlan.
Amikor egy golyót kilőnek a fatömbbe, a golyó beleakad a blokkba, és a blokk és a golyó együtt fellendül a golyó és a blokk súlyától függően.
Ez a rugalmatlan ütközés példája, mivel a kinetikus energia nem marad változatlan.
Hogyan lehet kitalálni a sebességet
Az inga kilengésének nagyságával ki lehet számítani a golyó lendületét, amiből aztán ki lehet számítani a sebességét.
Ha ballisztikus ingát használ a lövedék mozgásának sebességének meghatározására, akkor nem kell mérnie az időt.
Ehelyett csak tömeget és távolságot kell mérnie.
A lövedék sebességét közvetlenül mérni képes kronográfok többnyire a ballisztikus ingát váltották fel.
De továbbra is használják az osztálytermekben, hogy megmutassák, hogyan működik a lendület és az energiamegtakarítás.
A lövedéksebesség és egyéb paraméterek kiszámítása
A lövedék kezdeti sebességének meghatározásához ballisztikus inga segítségével egy golyót lőnek ki az inga szabadon lengő orsójába.
Miután a két tárgy összeütközik, az inga a legmagasabb pontjára lendül, és megváltozik a bob és a golyó együttes sebessége.
Az impulzusmegmaradás segítségével meghatározható a golyó kezdeti sebessége a golyó és a lövedék tömege, valamint az inga által elért magasság alapján.
Mielőtt a golyó és a bob eltalálta egymást, mindkettőjük sebessége azonos volt.
Ha megméri, milyen magasra jut el az inga a legmagasabb pontjáig, kitalálhatja, milyen gyorsan mozgott először a golyó.
A lövedék sebességének kiszámítása távolság és idő segítségével
Más módon a lövedék kezdeti sebességét úgy lehet kitalálni, hogy megmérjük, milyen messzire mozog vízszintesen.
Az ingát ebben a módszerben nem használják, és levehető a csuklópántjairól, így nem akadályozza a kísérletet.
A lövedéket vízszintesen lövik ki, és mérik a hatótávolságát.
Ezzel a számmal az egyenlet segítségével kiszámolhatjuk, mennyi ideig tart a repülés (6).
Ekkor az x = v0 t egyenlet felhasználásával, ahol V0 a lövedék kezdeti sebessége, kiszámíthatjuk a kezdeti sebességet.
A vezetékre ható erő kiszámítása
Az impulzus és az energiamegmaradás törvényei alapján kiszámolhatjuk a zsinórra ható erőt közvetlenül az ütközés után.
A golyó sebességének változása megegyezik a blokkra kifejtett erővel.
Ezt úgy tudjuk kitalálni, hogy felhasználjuk azt a tényt, hogy a lendület ugyanaz marad az ütközés előtt és után.
A golyó kezdeti lendületét a p = mv0 egyenlet adja meg, ahol m a golyó tömege és v0 a kezdeti sebessége.
Az ütközés után a teljes tömeg (m + M) vf sebességgel mozog.
Az impulzusmegmaradás törvénye azt mondja, hogy mv0 = (m + M)vf.
Meg tudjuk oldani vf-re: vf = mv0 / (m + M).
A golyó által a blokkon adott impulzust ezután a következő képlet adja meg: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Használhatjuk az energia megmaradás törvényét, hogy kitaláljuk, mekkora erő volt a vezetéken közvetlenül azután, hogy a földet érte.
Az ütközés előtti teljes mechanikai energia megegyezik az ütközés utáni teljes mechanikai energiával: (1/2)mv02 = (1/2) (m+M)vf2 + (m+M)gh, ahol g a gyorsulás gravitáció és h a legmagasabb pont, amit a blokk- és golyórendszer elérhet.
Megoldhatjuk vf-re az előző egyenletünket, és behelyettesíthetjük ebbe az egyenletbe: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Ha ezt az egyenletet a lehető legegyszerűbbé tesszük, a következőt kapjuk: v02 = 2gh / (1+M/m).
Newton második törvénye megmondja, hogyan találjuk meg az F erőt a zsinóron: F = I / t, ahol t az az idő, amely alatt a blokk és a golyórendszer megáll a mozgásban.
Az inga lengésének szögének kiszámítása
A lövedék kezdeti sebessége attól függ, hogy milyen messzire lendül fel az inga, és milyen nehéz az inga és a lövedék.
Amikor egy lövedék eltalálja az ingát, az inga egyensúlyi helyzetéből a maximális szögbe mozdul fel.
A ballisztikus ingával végzett kísérleteket befolyásoló tényezők
A ballisztikus ingával végzett kísérlet során egy golyót belelőnek egy zsinóron lógó fatömbbe.
Ezáltal az egész fellendül egy h magasságig.
A pontos eredmények elérése érdekében fontos a hibaforrások minimalizálása.
A ballisztikus ingával végzett laboratóriumi kísérlet során hibák történhetnek, mert a mérőeszközök nem tökéletesek, a lövés nem mindig ugyanaz, vagy az egyenletek nem megfelelően vannak átrendezve.
A hibaforrások csökkentése
Számos dolgot lehet tenni a hibák csökkentése érdekében.
Először is készítsen egy ingát, amely jól működik és ugyanaz marad.
Ezt úgy lehet megtenni, hogy egy menetes rudat csavaroznak egy műanyag dobozhoz, és súlyt adnak hozzá, hogy az egyensúly középpontja a doboz közepe közelében legyen.
Gondosan jelölje meg, hol van a tömegközéppont, és tesztelje az eszközt ceruzával egyensúlyozva.
Másodszor, a méréseket helyesen kell elvégezni, miközben a madzag és a vonalzó mozdulatlan marad.
Ez úgy tehető meg, hogy megbizonyosodunk arról, hogy a kísérletben használt berendezés stabil és biztonságos.
Harmadszor, a lövedéket egyenes vonalban kell kilőni, és minden alkalommal ugyanúgy kell elkapni.
Ennek egyik módja az, hogy a hab minden alkalommal működőképes módon elkapja a lövedéket.
Speciális berendezések használata
A modern felszerelések használata szintén csökkentheti a hibákat.
Például egy pontosabb szögleolvasó használata segíthet a mérések pontosabbá tételében.
Ezenkívül a kísérletek többszöri megismétlése és az adatok rögzítése minden kísérlet után segíthet azonosítani az adatok esetleges inkonzisztenciáit vagy eltéréseit.
Összefoglalva, a ballisztikus ingával végzett laboratóriumi kísérletben a hibák csökkentése olyan lépések megtételével jár, mint a pontos ingaberendezés felépítése, a távolságok pontos mérése, a megfelelő elkapási mechanizmusokkal következetesen egyenes lövések leadása, a korszerű berendezések használata, ahol lehetséges, és a kísérletek többszöri megismétlése.
A hibák előfordulásának csökkentésével a kísérlet pontosabbá tehető, ami megbízhatóbb eredményekhez vezet.
Ütközések bemutatója: Ballistic Pendulum
Tipp: Kapcsolja be a felirat gombot, ha szüksége van rá. Ha nem ismeri a beszélt nyelvet, válassza az „automatikus fordítás” lehetőséget a beállítások gombban. Előfordulhat, hogy először a videó nyelvére kell kattintania, mielőtt kedvenc nyelve elérhetővé válik a fordításhoz.
Használati esetek
| Használt: | Leírás: |
|---|---|
| A lövedék sebességének mérése: | A ballisztikus inga elsődleges célja a lövedék sebességének mérése. Megmérve, mennyit mozdul el egy felfüggesztett súly, miután egy lövedék eltalálta, a mérnökök és tudósok kitalálhatják, milyen gyorsan mozgott a lövedék, amikor eltalálta a súlyt. |
| Bullet kalibráció: | Ballisztikus ingákat használnak annak biztosítására, hogy a golyók pontosak és következetesek legyenek. Az eszköz képes meghatározni a golyó mozgási energiáját, lendületét és sebességét, amelyek segítségével módosítható a golyó tervezése és gyártása. |
| Ballisztikai események kivizsgálása: | Az igazságügyi szakértők ballisztikus ingákat használhatnak a ballisztikai események kivizsgálására. A lövedék útját és sebességét megnézve fontos információkhoz juthatnak, amelyek segíthetnek a bűncselekmények vagy balesetek megoldásában. |
| Vizsgálati anyagok: | A ballisztikus ingákat olyan dolgok tartósságának és hatékonyságának tesztelésére használják, mint a páncélok és védőfelszerelések. A mérnökök és tudósok lövedékekkel az anyagra lövöldözve és az inga elhajlásának mérésével értékelhetik az anyag hatékonyságát a lövedék megállításában vagy lelassításában. |
| Ballisztikai kutatások: | A kutatók ballisztikus ingák segítségével kiderítik, hogyan viselkednek a lövedékek különböző helyzetekben. A tudósok kitalálhatják, hogyan befolyásolják a lövedék útját és sebességét olyan dolgok, mint a légellenállás, a gravitáció és a becsapódási szög. |
Következtetés
Ahogy a ballisztikus inga világát bemutató körútunk végéhez érünk, nem győzzük csodálni azoknak az embereknek a kreativitását, akik elkészítették.
A ballisztikus inga első gyártása óta a ballisztika és a kriminalisztika területének fontos része.
De a ballisztikus inga is jó példa arra, hogy a tudomány és a mérnöki tudomány hogyan találkozik azon a ponton, ahol az elméleteket és az elveket a való világban alkalmazzák.
Megmutatja, milyen fontosak a tudományos felfedezések és az új ötletek, és hogyan alakítják és változtatják meg azt a világot, amelyben élünk.
A tudományos kutatás határainak feszegetése közben tehát ne feledkezzünk meg arról, honnan jöttünk, és milyen eszközök és ötletek tették lehetővé napjaink innovációit.
Linkek és hivatkozások
Egyetemi fizika modern fizikával
Oszd meg…
