탄도 진자 소개

법의학 과학자와 수사관이 총알의 속도를 어떻게 계산하는지 궁금한 적이 있습니까? 발사체가 어떻게 움직이는지 또는 물체에 얼마나 세게 부딪히는지 배우는 것은 어떻습니까?

탄도 진자는 탄도학의 세계를 바꾸고 오늘날 우리가 알고 있는 법의학의 길을 닦은 도구입니다.

공대생이나 엔지니어로서 탄도 진자가 어떻게 작동하고 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 중요합니다.

이 블로그 게시물에서는 작동 방식, 따르는 규칙, 공학 및 기타 분야에서의 중요성을 포함하여 이 흥미로운 장치 뒤에 숨겨진 과학을 살펴보겠습니다.

실험복을 입고 시작합시다!

탄도 진자 소개

공식적인 정의:

매달린 무게의 편향을 사용하여 발사체의 운동량을 결정하는 장치입니다.

탄도 진자는 총알과 같은 발사체의 속도와 운동 에너지를 측정하는 데 사용되는 간단하면서도 효과적인 장치입니다.

그것은 두 개의 줄에 매달려 진자 추 역할을 하는 큰 나무 블록으로 구성됩니다.

작동 원리

탄도 진자로 총알의 속도를 측정하기 위해 끈에 매달린 나무 블록에 총알을 발사합니다.

총알이 블록에 박히면 블록과 총알의 전체 시스템이 어느 정도 높이 h로 스윙하게 됩니다.

역학적 에너지 보존에 따르면 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, 여기서 m은 총알의 질량, M은 블록의 질량, vf는 충돌 후 최종 속도, h는 그들의 최고점.

보존에 관한 법률

탄도 진자에서 발사체의 초기 속도 계산과 관련된 보존 법칙은 운동량 보존 및 에너지 보존 법칙입니다.

충돌 중에는 운동량이 동일하게 유지되고 충돌 후 에너지는 동일하게 유지됩니다.

발사체가 최고점에 도달하면 처음에 가지고 있던 운동 에너지가 위치 에너지로 바뀝니다.

진자가 다시 아래로 흔들릴 때 중력 위치 에너지는 다시 운동 에너지로 전환됩니다.

토론에서 이기는 색다른 방법: 탄도추

아직도 이해하기 어렵나요? 관점을 조금 바꿔보겠습니다.

사람들은 펜이 칼보다 강하다고 하지만 탄도추는 어떻습니까? 추론과 정확한 측정에 신경 쓰지 마십시오.

다음 번에 열띤 논쟁을 벌일 때는 믿을 수 있는 탄도추를 잡고 말을 하게 하십시오.

결국, 발사체가 얼마나 빨리 움직이는지 알아내기 위해 던진 추를 사용하는 장치처럼 "내가 옳다"라고 말하는 것은 없습니다.

좋아, 그건 그냥 TV 광고처럼 보이도록 만든 농담일 뿐이야.

이제 설명으로 돌아가 봅시다.

Ballistic Pendulum의 기능 이해

이 장치는 두 개의 줄로 지탱되는 큰 나무 블록으로 구성됩니다.

이 블록은 진자 밥입니다.

탄성이 없는 충돌은 탄도 진자입니다.

이러한 종류의 충돌에서는 서로 충돌하는 물체가 서로 달라붙어 운동 에너지가 동일하게 유지되지 않습니다.

총알이 나무 블록에 발사되면 총알이 블록에 박히고 블록과 총알이 총알과 블록의 무게에 따라 높이까지 함께 스윙합니다.

이것은 운동 에너지가 동일하게 유지되지 않기 때문에 비탄성 충돌의 예입니다.

속도를 알아내는 방법

진자의 스윙 크기는 총알의 운동량을 파악하는 데 사용할 수 있으며, 그런 다음 속도를 파악하는 데 사용할 수 있습니다.

발사체가 얼마나 빨리 움직이는지 파악하기 위해 탄도 진자를 사용할 때 시간을 측정할 필요가 없습니다.

대신 질량과 거리만 측정하면 됩니다.

발사체의 속도를 직접 측정할 수 있는 크로노그래프는 대부분 탄도 진자를 대체했습니다.

그러나 운동량과 에너지 보존이 어떻게 작용하는지를 보여주기 위해 교실에서 여전히 사용됩니다.

발사체 속도 및 기타 매개변수 계산

탄도 진자의 도움으로 발사체의 초기 속도를 계산하기 위해 총알이 진자의 자유 스윙 추에 발사됩니다.

두 물체가 서로 부딪힌 후 진자가 가장 높은 지점까지 흔들리고 추와 총알의 결합 속도가 변경됩니다.

운동량 보존은 총알과 추의 질량과 진자가 도달한 높이로 총알의 초기 속도를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

총알과 밥이 서로 부딪히기 전에 둘 다 같은 양의 속도를 가졌습니다.

진자가 가장 높은 지점까지 얼마나 높이 올라가는지 측정하면 총알이 처음에 얼마나 빨리 움직였는지 알 수 있습니다.

거리와 시간을 사용하여 발사체 속도 계산

또 다른 방법으로, 발사체의 초기 속도는 발사체가 수평으로 얼마나 멀리 움직이는지를 측정함으로써 알아낼 수 있습니다.

이 방법에서는 진자를 사용하지 않으며 경첩에서 분리할 수 있으므로 실험에 방해가 되지 않습니다.

발사체가 수평으로 발사되고 범위가 측정됩니다.

이 숫자로 방정식을 사용하여 비행 시간을 계산할 수 있습니다(6).

그런 다음 방정식 x = v0 t(V0가 발사체의 초기 속도)를 사용하여 초기 속도를 알아낼 수 있습니다.

코드의 힘 계산

우리는 운동량과 에너지 보존의 법칙을 사용하여 충격 직후에 코드에 가해지는 힘을 알아낼 수 있습니다.

총알의 속도 변화는 총알이 블록에 가하는 힘과 같습니다.

충격 전후에 운동량이 동일하게 유지된다는 사실을 사용하여 이를 알아낼 수 있습니다.

총알의 초기 운동량은 방정식 p = mv0에 의해 제공됩니다. 여기서 m은 총알의 질량이고 v0는 총알의 초기 속도입니다.

충돌 후 전체 질량(m + M)은 vf라는 속도로 움직입니다.

운동량 보존 법칙은 mv0 = (m + M)vf임을 알려줍니다.

vf에 대해 풀 수 있습니다: vf = mv0 / (m + M).

총알이 블록에 전달하는 임펄스는 I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0)로 지정됩니다.

에너지 보존 법칙을 사용하여 코드가 땅에 닿은 직후 코드에 얼마나 많은 힘이 가해졌는지 알아낼 수 있습니다.

충격 전의 총 기계적 에너지는 충격 후의 총 기계적 에너지와 같습니다. (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, 여기서 g는 중력과 h는 블록과 총알 시스템이 도달할 수 있는 가장 높은 지점입니다.

이전 방정식을 사용하여 vf를 풀고 이를 다음 방정식으로 대체할 수 있습니다. (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ 남)으.

이 방정식을 가능한 한 간단하게 만들어 v02 = 2gh / (1+M/m)를 얻습니다.

뉴턴의 두 번째 법칙은 코드에서 힘 F를 찾는 방법을 알려줍니다. F = I / t, 여기서 t는 블록과 총알 시스템이 움직이지 않는 데 걸리는 시간입니다.

진자 스윙의 각도 계산

발사체의 초기 속도는 진자가 위로 흔들리는 정도와 진자와 발사체가 얼마나 무거운지에 따라 달라집니다.

발사체가 진자를 때리면 진자는 평형 위치에서 최대 각도까지 위로 이동합니다.

탄도 진자 실험에 영향을 미치는 요인

탄도 진자 실험에서 총알이 줄에 매달린 나무 블록에 발사됩니다.

이것은 모든 것을 높이 h까지 스윙하게 만듭니다.

정확한 결과를 얻으려면 오류 원인을 최소화하는 것이 중요합니다.

탄도 진자를 사용한 실험실 실험 중에 측정 도구가 완벽하지 않거나 샷이 항상 동일하지 않거나 방정식이 올바르게 재정렬되지 않아 실수가 발생할 수 있습니다.

오류 원인 줄이기

실수를 줄이기 위해 여러 가지 일을 할 수 있습니다.

먼저 잘 작동하고 동일하게 유지되는 진자를 만드십시오.

나사 막대를 플라스틱 상자에 볼트로 고정하고 무게를 추가하여 상자 중심 근처에 균형 중심을 만들면 됩니다.

질량 중심이 있는 위치를 주의 깊게 표시하고 연필로 균형을 잡아 장치를 테스트합니다.

둘째, 줄과 자를 움직이지 않고 정확하게 측정해야 합니다.

이는 실험에 사용된 장비가 안정적이고 안전한지 확인함으로써 수행할 수 있습니다.

셋째, 발사체는 직선으로 쏴야 하고 매번 같은 방법으로 잡아야 한다.

이를 수행하는 한 가지 방법은 거품이 매번 작동하는 방식으로 발사체를 잡을 수 있는 방법을 만드는 것입니다.

고급 장비 사용

최신 장비를 사용하면 실수를 줄이는 데도 도움이 됩니다.

예를 들어, 보다 정확한 각도 판독기를 사용하면 측정을 보다 정확하게 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 실험을 여러 번 반복하고 각 시도 후 데이터를 기록하면 데이터의 불일치 또는 이상값을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

결론적으로, 탄도 진자 실험실 실험에서 오류를 줄이기 위해서는 정확한 진자 장치 구축, 정확한 거리 측정, 적절한 포획 메커니즘으로 일관되게 직선 발사, 가능한 경우 고급 장비 사용, 실험을 여러 번 반복하는 등의 조치를 취하는 것이 포함됩니다.

실수할 수 있는 곳을 줄임으로써 실험을 더 정확하게 할 수 있고, 이는 더 신뢰할 수 있는 결과로 이어질 것입니다.

충돌 데모: Ballistic Pendulum

팁: 필요한 경우 캡션 버튼을 켭니다. 구어에 익숙하지 않은 경우 설정 버튼에서 "자동 번역"을 선택하십시오. 좋아하는 언어를 번역할 수 있게 되기 전에 먼저 동영상의 언어를 클릭해야 할 수도 있습니다.

사용 사례

사용:	설명:
발사체의 속도 측정:	탄도 진자의 주요 용도는 발사체의 속도를 측정하는 것입니다. 엔지니어와 과학자들은 발사체가 부딪힌 후 매달린 추의 움직임을 측정함으로써 발사체가 추에 부딪쳤을 때 얼마나 빨리 움직였는지 알아낼 수 있습니다.
총알 보정:	탄도 진자는 총알이 정확하고 일관성이 있는지 확인하는 데 사용됩니다. 이 장치는 총알의 운동 에너지, 운동량 및 속도를 결정할 수 있으며 총알의 설계 및 제조를 조정하는 데 사용할 수 있습니다.
탄도 사고 조사:	법의학 전문가는 탄도 진자를 사용하여 탄도 사건을 조사할 수 있습니다. 발사체의 경로와 속도를 보면 범죄나 사고를 해결하는 데 도움이 되는 중요한 정보를 얻을 수 있습니다.
테스트 자료:	탄도 진자는 갑옷 및 보호 장비와 같은 것의 내구성과 효율성을 테스트하는 데 사용됩니다. 재료에 발사체를 발사하고 진자의 편향을 측정함으로써 엔지니어와 과학자는 발사체를 멈추거나 늦추는 재료의 효과를 평가할 수 있습니다.
탄도 연구:	연구자들은 탄도 진자를 사용하여 다양한 상황에서 발사체가 어떻게 작동하는지 알아냅니다. 과학자들은 발사체의 경로와 속도가 공기 저항, 중력 및 충돌 각도와 같은 요소에 의해 어떻게 영향을 받는지 알아낼 수 있습니다.

결론

탄도 진자의 세계 여행이 끝날 무렵, 우리는 그것을 만든 사람들의 창의성에 감탄하지 않을 수 없습니다.

탄도 진자는 처음 만들어진 이후로 탄도 및 법의학 분야에서 중요한 부분을 차지해 왔습니다.

그러나 탄도 진자는 이론과 원리가 실제 세계에서 사용되는 지점에서 과학과 공학이 어떻게 만나는지 보여주는 좋은 예이기도 합니다.

그것은 과학적 발견과 새로운 아이디어가 얼마나 중요한지, 그리고 그것들이 우리가 사는 세상을 어떻게 형성하고 변화시키는지를 보여줍니다.

따라서 과학 연구의 한계를 계속 밀어붙이면서 우리가 어디에서 왔는지, 그리고 오늘날의 혁신을 가능하게 한 장치와 아이디어를 잊지 맙시다.

링크 및 참조

현대 물리학과 대학 물리학