Heb je je ooit afgevraagd hoe forensische wetenschappers en onderzoekers de snelheid van een kogel berekenen? Hoe zit het met leren over hoe een projectiel beweegt of hoe hard het iets raakt?
De ballistische slinger is een hulpmiddel dat de wereld van de ballistiek heeft veranderd en de weg heeft vrijgemaakt voor de forensische wetenschap zoals we die nu kennen.
Als ingenieursstudent of ingenieur is het belangrijk om te begrijpen hoe een ballistische slinger werkt en hoe hij werkt.
In deze blogpost zal ik kijken naar de wetenschap achter dit interessante apparaat, inclusief hoe het werkt, de regels die het volgt en het belang ervan in engineering en andere gebieden.
Dus trek je labjas aan en laten we aan de slag gaan!
Inleiding tot ballistische slinger
Formele definitie:
Een apparaat dat de afbuiging van een hangend gewicht gebruikt om het momentum van een projectiel te bepalen.
Een ballistische slinger is een eenvoudig maar effectief apparaat dat wordt gebruikt voor het meten van de snelheid en kinetische energie van een projectiel, zoals een kogel.
Het bestaat uit een groot blok hout dat aan twee touwtjes wordt opgehangen en dient als slingerbob.
Werkend principe
Om de snelheid van een kogel met een ballistische slinger te meten, wordt een kogel in een blok hout geschoten dat aan een touwtje hangt.
De kogel komt vast te zitten in het blok, waardoor het hele systeem van blok en kogel een stukje omhoog slingert h.
Behoud van mechanische energie zegt dat 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, waarbij m de massa van de kogel is, M de massa van het blok, vf hun uiteindelijke snelheid na botsing, en h is hun hoogste punt.
Wetten over behoud
De behoudswetten die betrokken zijn bij de berekening van de beginsnelheid van een projectiel in een ballistische slinger zijn de wetten van behoud van momentum en behoud van energie.
Tijdens de crash wordt het momentum hetzelfde gehouden en na de crash wordt de energie hetzelfde gehouden.
Wanneer het projectiel zijn hoogste punt bereikt, wordt de kinetische energie die het bij de start had omgezet in potentiële energie.
Terwijl de slinger weer naar beneden zwaait, wordt de potentiële zwaartekrachtenergie weer omgezet in kinetische energie.
De onconventionele manier om een debat te winnen: de ballistische slinger
Nog steeds moeilijk te begrijpen? Laat me het standpunt een beetje veranderen:
Mensen zeggen dat de pen machtiger is dan het zwaard, maar hoe zit het met de ballistische slinger? Doe geen moeite met redeneren en exacte metingen.
Grijp je vertrouwde ballistische slinger de volgende keer dat je in een verhitte discussie zit en laat het praten.
Niets zegt tenslotte "Ik heb gelijk" zoals een apparaat dat een geworpen gewicht gebruikt om erachter te komen hoe snel een projectiel beweegt.
Oké, dat was maar een grap gemaakt om eruit te zien als een tv-reclame.
Laten we nu teruggaan naar de uitleg.
De functie van een ballistische slinger begrijpen
Het apparaat bestaat uit een groot blok hout dat wordt vastgehouden door twee touwtjes.
Dit blok is de slingerbob.
Een botsing die niet elastisch is, is de ballistische slinger.
Bij dit soort botsingen blijven de dingen die elkaar raken aan elkaar kleven en wordt de kinetische energie niet hetzelfde gehouden.
Wanneer een kogel in het houten blok wordt geschoten, blijft de kogel in het blok steken en zwaaien het blok en de kogel samen omhoog tot een hoogte die afhangt van hoe zwaar de kogel en het blok zijn.
Dit is een voorbeeld van een inelastische botsing omdat de kinetische energie niet hetzelfde blijft.
Hoe snelheid te berekenen
De grootte van de zwaai van de slinger kan worden gebruikt om het momentum van de kogel te bepalen, dat vervolgens kan worden gebruikt om de snelheid te bepalen.
Wanneer u een ballistische slinger gebruikt om erachter te komen hoe snel een projectiel beweegt, hoeft u de tijd niet te meten.
In plaats daarvan hoeft u alleen massa en afstand te meten.
Chronografen, die de snelheid van een projectiel rechtstreeks kunnen meten, hebben de ballistische slinger grotendeels vervangen.
Maar het wordt nog steeds gebruikt in klaslokalen om te laten zien hoe momentum en het behoud van energie werken.
Projectielsnelheid en andere parameters berekenen
Om de beginsnelheid van een projectiel te bepalen met behulp van een ballistische slinger, wordt een kogel in de vrij zwaaiende slinger van de slinger geschoten.
Nadat de twee objecten elkaar hebben geraakt, zwaait de slinger naar het hoogste punt en verandert de gecombineerde snelheid van de bob en de kogel.
Het behoud van momentum kan worden gebruikt om de beginsnelheid van de kogel te bepalen in termen van de massa van de kogel en de bob en de hoogte bereikt door de slinger.
Voordat de kogel en de bob elkaar raakten, hadden ze allebei dezelfde snelheid.
Door te meten hoe hoog de slinger naar het hoogste punt gaat, kun je erachter komen hoe snel de kogel aanvankelijk bewoog.
Projectielsnelheid berekenen met behulp van afstand en tijd
Op een andere manier kan de beginsnelheid van een projectiel worden bepaald door te meten hoe ver het horizontaal beweegt.
De slinger wordt bij deze methode niet gebruikt en kan uit de scharnieren worden gehaald, zodat hij het experiment niet in de weg zit.
Het projectiel wordt horizontaal afgevuurd en het bereik wordt gemeten.
Met dit nummer kunnen we de vergelijking gebruiken om erachter te komen hoe lang de vlucht duurt (6).
Dan kunnen we met behulp van de vergelijking x = v0 t, waarbij V0 de beginsnelheid van het projectiel is, de beginsnelheid bepalen.
Kracht op koord berekenen
We kunnen de wetten van momentum en energiebesparing gebruiken om de kracht op het koord direct na de inslag te berekenen.
De snelheidsverandering van de kogel is gelijk aan de kracht die hij op het blok uitoefent.
We kunnen dit achterhalen door gebruik te maken van het feit dat het momentum voor en na een botsing hetzelfde blijft.
Het aanvankelijke momentum van de kogel wordt gegeven door de vergelijking p = mv0, waarbij m de massa van de kogel is en v0 de beginsnelheid.
Na de botsing beweegt de totale massa (m + M) met een snelheid die vf wordt genoemd.
De wet van behoud van momentum vertelt ons dat mv0 = (m + M)vf.
We kunnen vf oplossen: vf = mv0 / (m + M).
De impuls die de kogel op het blok geeft, wordt dan gegeven door: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
We kunnen de wet van behoud van energie gebruiken om erachter te komen hoeveel kracht er op het koord stond vlak nadat het de grond raakte.
De totale mechanische energie voor de botsing is gelijk aan de totale mechanische energie na de botsing: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, waarbij g de versnelling is veroorzaakt door zwaartekracht en h is het hoogste punt dat het blok- en kogelsysteem kan bereiken.
We kunnen vf oplossen met behulp van onze vorige vergelijking en deze in deze vergelijking vervangen: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Door deze vergelijking zo eenvoudig mogelijk te maken, krijgen we: v02 = 2gh / (1+M/m).
De tweede wet van Newton vertelt ons hoe we de kracht F op het koord kunnen vinden: F = I / t, waarbij t de tijd is die het blok- en kogelsysteem nodig heeft om te stoppen met bewegen.
Berekening van de hoek van de slingerbeweging
De beginsnelheid van het projectiel hangt af van hoe ver de slinger omhoog zwaait en hoe zwaar de slinger en het projectiel zijn.
Wanneer een projectiel een slinger raakt, beweegt de slinger omhoog van zijn evenwichtspositie naar zijn maximale hoek.
Factoren die van invloed zijn op experimenten met ballistische slingers
Bij een ballistisch slingerexperiment wordt een kogel afgevuurd in een blok hout dat aan een touwtje hangt.
Hierdoor zwaait het geheel omhoog tot een hoogte h.
Om nauwkeurige resultaten te bereiken, is het belangrijk om foutbronnen tot een minimum te beperken.
Tijdens een laboratoriumexperiment met een ballistische slinger kunnen er fouten optreden omdat de meetinstrumenten niet perfect zijn, het schot niet altijd hetzelfde is of de vergelijkingen niet correct zijn herschikt.
Foutbronnen verminderen
Er kunnen verschillende dingen worden gedaan om fouten te voorkomen.
Maak eerst een slinger die goed werkt en hetzelfde blijft.
Dit kan worden gedaan door een draadstang met bouten aan een plastic doos te schroeven en gewicht toe te voegen om het zwaartepunt nabij het midden van de doos te maken.
Markeer zorgvuldig waar het zwaartepunt is en test het apparaat door het op een potlood te balanceren.
Ten tweede moeten metingen correct worden uitgevoerd, waarbij het touw en de liniaal stil blijven staan.
Dit kan worden gedaan door ervoor te zorgen dat de apparatuur die in het experiment wordt gebruikt, stabiel en veilig is.
Ten derde moet het projectiel in een rechte lijn worden geschoten en elke keer op dezelfde manier worden opgevangen.
Een manier om dit te doen, is door ervoor te zorgen dat het schuim het projectiel op een manier opvangt die altijd werkt.
Geavanceerde apparatuur gebruiken
Het gebruik van moderne apparatuur kan ook helpen om fouten te voorkomen.
Het gebruik van een nauwkeurigere hoeklezer kan bijvoorbeeld helpen om metingen nauwkeuriger te maken.
Bovendien kan het meerdere keren herhalen van experimenten en het vastleggen van gegevens na elke proef helpen bij het identificeren van inconsistenties of uitschieters in gegevens.
Concluderend, het verminderen van fouten in een laboratoriumexperiment met een ballistische slinger omvat het nemen van stappen zoals het bouwen van een nauwkeurig slingerapparaat, het nauwkeurig meten van afstanden, het consistent afvuren van rechte schoten met de juiste vangmechanismen, het gebruik van geavanceerde apparatuur waar mogelijk en het meerdere keren herhalen van experimenten.
Door het aantal plaatsen waar fouten kunnen optreden te verminderen, kan het experiment nauwkeuriger worden gemaakt, wat zal leiden tot betrouwbaardere resultaten.
Collisions-demo: ballistische slinger
Tip: Schakel de ondertitelingsknop in als je die nodig hebt. Kies "automatische vertaling" in de instellingenknop, als u de gesproken taal niet kent. Mogelijk moet u eerst op de taal van de video klikken voordat uw favoriete taal beschikbaar komt voor vertaling.
Gebruik gevallen
| Gebruikt in: | Beschrijving: |
|---|---|
| De snelheid van een projectiel meten: | Het primaire gebruik van de ballistische slinger is om de snelheid van een projectiel te meten. Door te meten hoeveel een hangend gewicht beweegt nadat een projectiel het heeft geraakt, kunnen ingenieurs en wetenschappers erachter komen hoe snel het projectiel bewoog toen het het gewicht raakte. |
| Kogel Kalibratie: | Ballistische slingers worden gebruikt om ervoor te zorgen dat kogels nauwkeurig en consistent zijn. Het apparaat kan de kinetische energie, het momentum en de snelheid van de kogel bepalen, die vervolgens kunnen worden gebruikt om het ontwerp en de fabricage van de kogel aan te passen. |
| Onderzoek naar ballistische incidenten: | Forensische experts kunnen ballistische slingers gebruiken om ballistische incidenten te onderzoeken. Door naar het pad en de snelheid van een projectiel te kijken, kunnen ze belangrijke informatie krijgen die kan helpen bij het oplossen van misdaden of ongelukken. |
| Materialen voor tests: | Ballistische slingers worden gebruikt om de duurzaamheid en effectiviteit van zaken als bepantsering en beschermende uitrusting te testen. Door projectielen op het materiaal af te vuren en de doorbuiging van de slinger te meten, kunnen ingenieurs en wetenschappers de effectiviteit van het materiaal evalueren bij het stoppen of vertragen van een projectiel. |
| Onderzoek naar ballistiek: | Onderzoekers gebruiken ballistische slingers om erachter te komen hoe projectielen zich in verschillende situaties gedragen. Wetenschappers kunnen uitzoeken hoe het pad en de snelheid van een projectiel worden beïnvloed door zaken als luchtweerstand, zwaartekracht en de inslaghoek. |
Conclusie
Nu we aan het einde komen van onze rondreis door de wereld van de ballistische slinger, kunnen we niet anders dan de creativiteit bewonderen van de mensen die het gemaakt hebben.
De ballistische slinger is een belangrijk onderdeel geweest van de ballistische en forensische wetenschap sinds het voor het eerst werd gemaakt.
Maar de ballistische slinger is ook een goed voorbeeld van hoe wetenschap en techniek elkaar ontmoeten op het punt waar theorieën en principes in de echte wereld worden toegepast.
Het laat zien hoe belangrijk wetenschappelijke ontdekkingen en nieuwe ideeën zijn en hoe ze de wereld waarin we leven vormgeven en veranderen.
Laten we dus, terwijl we de grenzen van wetenschappelijk onderzoek blijven verleggen, niet vergeten waar we vandaan komen en de apparaten en ideeën die de innovaties van vandaag mogelijk hebben gemaakt.
Links en referenties
Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde
Delen op…
