Adli bilim adamlarının ve müfettişlerin bir merminin hızını nasıl hesapladıklarını hiç merak ettiniz mi? Bir merminin nasıl hareket ettiğini veya bir şeye ne kadar sert çarptığını öğrenmeye ne dersiniz?
Balistik sarkaç, balistik dünyasını değiştiren ve bugün bildiğimiz adli bilimin yolunu açan bir araçtır.
Bir mühendislik öğrencisi veya mühendis olarak, bir balistik sarkacın nasıl çalıştığını ve nasıl çalıştığını anlamak önemlidir.
Bu blog gönderisinde, nasıl çalıştığı, izlediği kurallar ve mühendislik ve diğer alanlardaki önemi dahil olmak üzere bu ilginç cihazın arkasındaki bilime bakacağım.
Laboratuvar önlüğünüzü giyin ve başlayalım!
Balistik Sarkaca Giriş
Resmi tanımlama:
Bir merminin momentumunu belirlemek için asılı bir ağırlığın sapmasını kullanan bir cihaz.
Balistik sarkaç, mermi gibi bir merminin hızını ve kinetik enerjisini ölçmek için kullanılan basit ama etkili bir cihazdır.
İki iple asılan ve sarkaç bob görevi gören büyük bir tahta bloktan yapılmıştır.
Çalışma prensibi
Balistik sarkaçlı bir merminin hızını ölçmek için, bir ipten sarkan bir tahta bloğa bir mermi ateşlenir.
Mermi bloğa takılır, bu da tüm blok sistemini ve merminin h yüksekliği kadar yukarı sallanmasını sağlar.
Mekanik enerjinin korunumu, 12(m+M)v f2 = (m+M)gh olduğunu söyler; burada m, merminin kütlesidir, M, bloğun kütlesidir; vf, çarpışmadan sonraki son hızlarıdır ve h, onların en yüksek noktası.
Koruma ile ilgili yasalar
Bir balistik sarkaçtaki bir merminin ilk hızının hesaplanmasında yer alan korunum yasaları, momentumun korunumu ve enerjinin korunumu yasalarıdır.
Çarpışma sırasında momentum aynı tutulur ve çarpışmadan sonra enerji aynı tutulur.
Mermi en yüksek noktasına ulaştığında başlangıçtaki kinetik enerjisi potansiyel enerjiye dönüşür.
Sarkaç geri salınırken, yerçekimi potansiyel enerjisi kinetik enerjiye geri döner.
Bir Tartışmayı Kazanmanın Alışılmadık Yolu: Balistik Sarkaç
Hala anlamak zor mu? Biraz bakış açısını değiştirelim:
İnsanlar kalemin kılıçtan keskin olduğunu söyler, peki ya balistik sarkaç? Akıl yürütme ve kesin ölçümlerle uğraşmayın.
Bir daha hararetli bir tartışmaya girdiğinizde güvenilir balistik sarkacınızı kapın ve bırakın konuşmayı o yapsın.
Ne de olsa hiçbir şey, bir merminin ne kadar hızlı hareket ettiğini anlamak için fırlatılan ağırlığı kullanan bir cihaz gibi "Ben haklıyım" demez.
Tamam, bu sadece bir TV reklamı gibi görünmek için yapılmış bir şakaydı.
Şimdi açıklamaya geri dönelim.
Balistik Sarkacın İşlevini Anlamak
Cihaz, iki ip tarafından tutulan büyük bir tahta bloktan yapılmıştır.
Bu blok sarkaç bob'dur.
Esnek olmayan bir çarpışma balistik sarkaçtır.
Bu tür bir çarpışmada birbirine çarpan cisimler birbirine yapışır ve kinetik enerji aynı kalmaz.
Tahta bloğa bir mermi ateşlendiğinde, mermi bloğa saplanır ve blok ve mermi birlikte, mermi ve bloğun ne kadar ağır olduğuna bağlı olarak yüksekliğe kadar sallanır.
Bu esnek olmayan bir çarpışma örneğidir çünkü kinetik enerji aynı kalmaz.
Hız nasıl anlaşılır
Sarkacın salınımının boyutu, merminin momentumunu hesaplamak için kullanılabilir ve bu da daha sonra hızını hesaplamak için kullanılabilir.
Bir merminin ne kadar hızlı hareket ettiğini anlamak için bir balistik sarkaç kullanırken zamanı ölçmenize gerek yoktur.
Bunun yerine, yalnızca kütle ve mesafeyi ölçmeniz gerekir.
Bir merminin hızını doğrudan ölçebilen kronograflar, çoğunlukla balistik sarkacın yerini almıştır.
Ancak hala sınıflarda momentumun ve enerjinin korunumunun nasıl çalıştığını göstermek için kullanılmaktadır.
Atış Hızının ve Diğer Parametrelerin Hesaplanması
Balistik bir sarkaç yardımıyla bir merminin ilk hızını bulmak için, sarkacın serbest salınan gövdesine bir mermi ateşlenir.
İki nesne birbirine çarptıktan sonra sarkaç en yüksek noktasına kadar sallanır ve bob ile merminin birleşik hızı değişir.
Momentumun korunumu, merminin ilk hızını, merminin ve bob'un kütleleri ve sarkacın ulaştığı yükseklik cinsinden belirlemek için kullanılabilir.
Kurşun ve bob birbirine çarpmadan önce ikisi de aynı hıza sahipti.
Sarkacın en yüksek noktasına ne kadar yükseldiğini ölçerek merminin ilk başta ne kadar hızlı hareket ettiğini anlayabilirsiniz.
Mesafe ve Zamanı Kullanarak Mermi Hızını Hesaplama
Başka bir şekilde, bir merminin ilk hızı, yatay olarak ne kadar uzağa hareket ettiği ölçülerek hesaplanabilir.
Sarkaç bu yöntemde kullanılmaz ve deneyin önüne geçmemesi için menteşelerinden çıkarılabilir.
Mermi yatay olarak ateşlenir ve menzili ölçülür.
Bu sayı ile uçuşun ne kadar süreceğini hesaplamak için denklemi kullanabiliriz (6).
Daha sonra x = v0 t denklemini kullanarak, burada V0 merminin başlangıç hızıdır, başlangıç hızını bulabiliriz.
Kordon Üzerindeki Kuvvetin Hesaplanması
Çarpışmadan hemen sonra ip üzerindeki kuvveti bulmak için momentum ve enerjinin korunumu yasalarını kullanabiliriz.
Merminin hızındaki değişim, bloğa uyguladığı kuvvete eşittir.
Bunu, bir çarpışmadan önce ve sonra momentumun aynı kaldığı gerçeğini kullanarak çözebiliriz.
Merminin ilk momentumu p = mv0 denklemiyle verilir, burada m merminin kütlesi ve v0 merminin başlangıç hızıdır.
Çarpışmadan sonra toplam kütle (m + M) vf denilen bir hızla hareket eder.
Momentumun korunumu yasası bize mv0 = (m + M)vf olduğunu söyler.
vf için çözebiliriz: vf = mv0 / (m + M).
Merminin bloğa verdiği dürtü şu şekilde verilir: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Kablo yere düştükten hemen sonra üzerinde ne kadar kuvvet olduğunu bulmak için enerjinin korunumu yasasını kullanabiliriz.
Çarpışmadan önceki toplam mekanik enerji, çarpmadan sonraki toplam mekanik enerji ile aynıdır: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, burada g, çarpmanın neden olduğu ivmedir. Yerçekimi ve h, blok ve mermi sisteminin ulaşabileceği en yüksek noktadır.
Önceki denklemimizi kullanarak vf'yi çözebilir ve onu şu denklemde yerine koyabiliriz: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Bu denklemi olabildiğince basit hale getirerek şunu elde ederiz: v02 = 2gh / (1+M/m).
Newton'un ikinci yasası bize ip üzerindeki F kuvvetini nasıl bulacağımızı söyler: F = I / t, burada t, blok ve mermi sisteminin hareket etmeyi durdurması için geçen süredir.
Sarkaç Salıncak Açısının Hesaplanması
Merminin ilk hızı, sarkacın ne kadar yukarı sallandığına ve sarkacın ve merminin ne kadar ağır olduğuna bağlıdır.
Bir mermi bir sarkaca çarptığında, sarkaç denge konumundan maksimum açısına kadar yukarı doğru hareket eder.
Balistik Sarkaç Deneylerini Etkileyen Faktörler
Bir balistik sarkaç deneyinde, bir ipten sarkan bir tahta bloğuna bir mermi ateşlenir.
Bu, her şeyin h yüksekliğine kadar sallanmasını sağlar.
Doğru sonuçlara ulaşmak için hata kaynaklarını en aza indirmek önemlidir.
Balistik sarkaçla yapılan bir laboratuvar deneyi sırasında, ölçüm araçlarının mükemmel olmaması, atışın her zaman aynı olmaması veya denklemlerin doğru şekilde yeniden düzenlenmemesi nedeniyle hatalar meydana gelebilir.
Hata Kaynaklarını Azaltma
Hataları azaltmak için birkaç şey yapılabilir.
İlk olarak, iyi çalışan ve aynı kalan bir sarkaç yapın.
Bu, dişli bir çubuğu plastik bir kutuya cıvatalayarak ve denge merkezini kutunun merkezine yakın yapmak için ağırlık ekleyerek yapılabilir.
Kütle merkezinin nerede olduğunu dikkatlice işaretleyin ve cihazı bir kalem üzerinde dengeleyerek test edin.
İkincisi, ip ve cetvel sabit kalarak ölçümler doğru yapılmalıdır.
Bu, deneyde kullanılan ekipmanın sağlam ve güvenli olduğundan emin olarak yapılabilir.
Üçüncüsü, mermi düz bir çizgide atılmalı ve her seferinde aynı şekilde yakalanmalıdır.
Bunu yapmanın bir yolu, köpüğün mermiyi her seferinde işe yarayacak şekilde yakalaması için bir yol yapmaktır.
Gelişmiş Ekipman Kullanma
Modern ekipman kullanmak da hataların azaltılmasına yardımcı olabilir.
Örneğin, daha doğru bir açı okuyucu kullanmak, ölçümlerin daha doğru olmasına yardımcı olabilir.
Ek olarak, deneyleri birkaç kez tekrarlamak ve her denemeden sonra verileri kaydetmek, verilerdeki herhangi bir tutarsızlığı veya aykırı değerleri belirlemeye yardımcı olabilir.
Sonuç olarak, bir balistik sarkaç laboratuvar deneyinde hataların azaltılması, doğru bir sarkaç aparatı oluşturmak, mesafeleri doğru ölçmek, uygun yakalama mekanizmalarıyla tutarlı bir şekilde düz atışlar yapmak, mümkün olduğunda gelişmiş ekipman kullanmak ve deneyleri birçok kez tekrarlamak gibi adımların atılmasını içerir.
Hataların olabileceği yerlerin sayısı azaltılarak deney daha doğru yapılabilir, bu da daha güvenilir sonuçlara yol açar.
Çarpışma Demosu: Balistik Sarkaç
İpucu: Gerekirse altyazı düğmesini açın. Konuşulan dile aşina değilseniz, ayarlar düğmesinde "otomatik çeviri"yi seçin. En sevdiğiniz dil çeviri için uygun hale gelmeden önce videonun diline tıklamanız gerekebilir.
Kullanım örnekleri
| Kullanılan: | Tanım: |
|---|---|
| Bir Merminin Hızını Ölçme: | Balistik sarkacın birincil kullanımı, bir merminin hızını ölçmektir. Mühendisler ve bilim adamları, bir mermi çarptıktan sonra asılı bir ağırlığın ne kadar hareket ettiğini ölçerek, merminin ağırlığa çarptığında ne kadar hızlı hareket ettiğini anlayabilirler. |
| Mermi Kalibrasyonu: | Mermilerin doğru ve tutarlı olmasını sağlamak için balistik sarkaçlar kullanılır. Cihaz, merminin kinetik enerjisini, momentumunu ve hızını belirleyebilir ve bunlar daha sonra merminin tasarımını ve üretimini ayarlamak için kullanılabilir. |
| Balistik Olayların İncelenmesi: | Adli tıp uzmanları, balistik olayları araştırmak için balistik sarkaçları kullanabilir. Bir merminin yoluna ve hızına bakarak suçları veya kazaları çözmeye yardımcı olabilecek önemli bilgiler edinebilirler. |
| Testler için Malzemeler: | Balistik sarkaçlar, zırh ve koruyucu donanım gibi şeylerin dayanıklılığını ve etkinliğini test etmek için kullanılır. Mühendisler ve bilim adamları, malzemeye mermiler fırlatarak ve sarkacın sapmasını ölçerek, malzemenin bir mermiyi durdurma veya yavaşlatmadaki etkinliğini değerlendirebilirler. |
| Balistik Araştırması: | Araştırmacılar, mermilerin farklı durumlarda nasıl davrandığını öğrenmek için balistik sarkaçlar kullanıyor. Bilim adamları bir merminin yolunun ve hızının hava direnci, yerçekimi ve çarpma açısı gibi şeylerden nasıl etkilendiğini anlayabilirler. |
Çözüm
Balistik sarkaç dünyası gezimizin sonuna geldiğimizde, bunu yapan insanların yaratıcılığına hayran kalmamak elde değil.
Balistik sarkaç, ilk yapıldığından beri balistik ve adli tıp alanlarının önemli bir parçası olmuştur.
Ancak balistik sarkaç, teorilerin ve ilkelerin gerçek dünyada kullanıma sunulduğu noktada bilim ve mühendisliğin nasıl buluştuğuna da iyi bir örnektir.
Bilimsel keşiflerin ve yeni fikirlerin ne kadar önemli olduğunu ve içinde yaşadığımız dünyayı nasıl şekillendirip değiştirdiğini gösteriyor.
Bu nedenle, bilimsel araştırmanın sınırlarını zorlamaya devam ederken, nereden geldiğimizi ve günümüzün yeniliklerini mümkün kılan cihaz ve fikirleri unutmayalım.
Bağlantılar ve referanslar
Modern Fizik ile Üniversite Fiziği
Paylaş…
