اندازه گیری سرعت پرتابه، چالشی چند هزار ساله!

[Stuka 8,826]

 

 

 

 

اندازه گیری سرعت پرتابه، چالشی چند هزار ساله

 

 

 

 

 

از زمان ساخت اولین سلاحهای پرتابه ای، تیر و کمان تا عصر اسلحه های گرم، همواره سازندگان با مشکل اندازه گیری سرعت پرتابه مواجه بودند. سرعت یک پرتابه بیانگر میزان برد آن و قدرت نفوذ در هدف میباشد که خود نشانگر عملکرد بهنیه دستگاه پرتابگر هست. دو کمان با قدرت کشش مشابه رو مقایسه کنید. کمانی که بتواند تیر رو با سرعت بیشتری پرتاب کند بهینه تر و خوش ساخت تر هست. تا سالها راهی برای اندازه گیری سرعت پرتابه وجود نداشت. اصلا تا قبل از تبیین قوانین فیزیکی مربوط به حرکت در قرون پانزدهم میلادی و کشف قوانین فیزیکی حرکت و فرمول های آن، اندازه گیری سرعت پرتابه و انرژی جنبشی آن و سایر موارد پروازی غیر ممکن بود. از روی تجربه دریافته شده بود که تیر یا گلوله ای که سرعت بیشتری داشته باشد برد بیشتری نیز دارد و قدرت نفوذ بیشتری نیز در هدف دارد. پس برای قرن ها بهترین آزمایش برای سازندگان کمان و تفنگ اندازه گیری برد نهایی و همچنین قدرت نفوذ پرتابه در هدف بود.

 

 

 

 

با آغاز قرون رنسانس و کارهایی که در زمینه ریاضی و فیزیک انجام شد، پایه علمی برای اندازه گیری سرعت پرتابه و همچنین علم بالستیک پروازی ایجاد شد. این اقدامات با کارهای نیوتن به اوج خودش رسید که باعث شد فیزیک و نام نیوتن باهم پیوند ناگسستنی داشته باشند به طوری که فیزیک به دو شاخه نیوتنی و نسبیتی تقسیم شده و علم و مهندسی و پیشرفت های امروز بدون کارهای نیوتن غیر قبل تصورمیباشد.

 

 

 

 

 

با کمک فرمول هایی که نیوتن بدست آورد، اندازه گیری سرعت پرتابه ها و انرژی جنبشی اونها و بررسی بالستیک پروازی اونها ممکن شد.

نیوتن نشان داد که یک پرتابه از زمان شلیک تحت تاثیر دو نیرو قرار دارد یک نیرویی که آنرا به جلو میراند و دوم نیروی جاذبه زمین که آنرا به سمت زمین میکشد تاثیر این دو نیرو بر هم باعث میشود تا تمامی پرتابه ها بجای پیمودن مسیری مستقیم, مسیری منحنی شکل رو پیمایش کنند.

 

 

 

در واقع ثابت میشه که هر پرتابه ای اعم از سنگ، تیر، گلوله و یا حتی موشک بالستیک با داشتن سرعت اولیه V0 و زاویه پرتاب θ بردی معادل X  خوهد داشت که از فرمول زیر قابل محاسبه میباشد.

 

 

 

بررسی نشان میدهد که بیشترین برد یک پرتابه وقتی حاصل میشود که پرتابه با زاویه ۴۵ درجه نسبت به خط افقی پرتاب شود. به همین دلیل بیشترین برد خمپاره و توپ در درجه بندی ۴۵ درجه بدست می اید. همچنین برد نهایی یک اسلحه در حالت شلیک ۴۵ درجه محاسبه میگردد.

 

 

پس اگر ما پرتابه ای رو در حالت ۴۵ درجه پرتاب کنیم و برد نهایی آنرا اندازه گیری کنیم، آیا قادر به محاسبه سرعت پرتابه از فرمول بالا

خواهیم بود؟ جواب بله، منتها در خارج از جو زمین! زیرا فرمول بالا مقاومت هوا و اثر اون رو برای پرتابه در نظر نگرفته!

 

بزارید محاسبه ای بکنیم: سرعت اولیه گلوله اسلحه کلاش ۷۲۰ متر به ثانیه میباشد و اگر آنرا در زاویه ۴۵ درجه شلیک کنیم گلوله قبل از به زمین نشستن مسافتی بیش از ۵۰ کیلومتر رو میپیماید! در حالی که برد عملی نهایی این اسلحه نتها ۲۰۰۰ متر میباشد. پس میبینید که مقدار زیادی

از انرژی جنبشی گلوله صرف غلبه بر مقاوت هوا میگردد!!!

 

 

Ballistic pendulum

 

با آمدن سلاح های جدید گرم و جاگزینی سلاح های سرد قدیمی با اونها نیاز شدیدی به پیدا کردن سرعت اولیه پرتابه و انرژی اون احساس میشد.

در این میان دستگاهی برای اندازه گیری سرعت پرتابه به نام Ballistic pendulum  ساخته شد که تقریبا تا  آغاز نیمه دوم قرن بیستم برای اندازه گیری سرعت و انرژی تمام پرتابه ها از تفنگ تا توپ ها استفاده میشد.

 

 

 

ایده کار بسیار ساده بود. یک آونگ(pendulum ، پاندول) رو در نظر بگیرید. فرض کنید آونگ از چوب ساخته شده، آونگ در پاییترین نقطه خودش قرار دارد، حال گلوله ای رو به آونگ شلیک میکنیم گوله به آونگ برخورد و در اون فرو میره و انرژی جنبشی گلوله به آونگ منتقل میشه. آونگ از جای خودش حرکت میکنه و تا ارتفاعی مشخص h بالا میره. خوب ما در اینجا یک جرم (خود پاندول و گلوله  که درش مستقر شده) رو داریم که به اندازه ارتفاع h در راستای عمودی جا به جا شده. قوانین فیزیک به میگه که برای انجام این کار به انرژی معادل

m*g*h احتیاج هست که همه در فیزیک دبیرستان با اون آشنا هستیم. از آنجایی که وزن آونگ و گلوله مشخص هست به راحتی میشه سرعت اولیه گلوله رو با تقریب مناسبی بدست آورد که از فرمول زیر قابل بررسی هست.

 

 

 

که در اون v سرعت گلوله، mp وزن آونگ، mb وزن گلوله یا پرتابه , h میزان جابجایی عمودی آونگ و g شتاب جاذبه زمین که معادل ۹/۸۱ میباشد.

 

 

از Ballistic pendulum حتی برای اندازه گیری انرژی مواد منفجره نیز استفاده میشد و میشود.

 

آونگ بالستیکی برای اندزه گیری سرعت گلوله تفنگ

 

آونگ های بالستیکی برای اندازه گیری سرعت و انرژی گلوله توپ

 

 

 

 

 

منتها مشکلاتی در کار با Ballistic pendulum وجود داشت، مقداری از انرژی گلوله به علت استحکاک زمان برخورد به آونگ و نفوذ

در اون هدر میرفت اما باز با تقریب مناسبی سرعت قابل اندازه گیری بود. با پیشرفت علم الکترونیک و ساخته شدن زمان سنج های سریع الکترونیکی و سنسورهای دقیق، اندازه گیری دقیق سرعت پرتابه ها عملی شد. امروزه از سرعت سنج های نوری برای اندازه گیری

سرعت پرتابه ها استفاده میشه.

 

 

 

 

 

دو سنسور نوری در دستگاه وجود دارد که رد شدن پرتابه رو حس میکنند. از آنجایی که فاصله دو سنسور از هم مشخص هست و زمان طی

 شده بین رد شدن پرتابه از دو سنسور توسط دستگاه اندازه گیری میشود دستگاه به راحتی سرعت پرتابه رو با دقت بالا محاسبه میکند.

 

 

 

 

 

منابع

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Projectile_motion

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Ballistic_pendulum

 

برای میلیتاری

 

اشتوکا

[melisa 13]

بعدش بعد از طی 50 کیلومتر اون گلوله کلاش میتونه آسیب برسونه؟

ویرایش شده در شهریور 93 توسط melisa

[Stuka 8,826]

بعدش بعد از طی 50 کیلومتر اون گلوله کلاش میتونه آسیب برسونه؟

 

 

بله چون دقیقا با همان سرعت خروج از لوله اصابت خواهد کرد!

 

حتی در شرایط عادی و وجود اتمسفر هم گلوله کلاش در برد نهایی دو هزار متری در صورت اصابت، کاملا کشنده هست.

[seyedmohammad 10,523]

ممنون از مطلب خوب شما . در مورد اندازه گیرهای رادیویی چیزی نمی فرمایید ؟ به اصطلاح  ، رادار اندازه گیری سرعت پرتابه ...

[Stuka 8,826]

سید جان درست میفرمایید رادارهای ویژه برای اندزه گیری سرعت پرتابه ها از تیر و کمان تا پرتابهه های نظامی ساخته شده مانند چند نمونه زیر.. البته رادر بیشتر برای کارهای ورزشی یا پرتابه های نظامی خاص مثلا توپ های فوق سریع استفاده میشه.

 

 

 

 

[mearaji 733]

 لطفا حذف شود.

ویرایش شده در شهریور 93 توسط mearaji

[mearaji 733]

لطفا حذف شود.

ویرایش شده در شهریور 93 توسط mearaji

[warjo 3,008]

با سلام و عرض تشكر :rose:

 

من يك خواهشي دارم ، يك روش عكسبرداري اشعه X با سرعت بالا هم بود ، اگه امكان داره راجع به اون هم توضيح بديد يا لينكش را قرار بديد