القوة التي تعطي شكل مسار المقذوف المنحني
عندما يُلقى جسيم بشكل غير مباشر بالقرب من سطح الأرض ، فإنه يتحرك على طول مسار منحني تحت تسارع ثابت موجه نحو مركز الأرض ، ويسمى مسار هذا الجسيم بالقذيفة وتسمى الحركة بحركة المقذوفات ، فيما يلي سوف نتناول أهم قوانين حركة المقذوفات وانواعها.
ما هي المقذوفات
المقذوف هو الجسم الذي يلقى في الفضاء إما أفقيا أو بزاوية
حادة تحت تأثير الجاذبية بالقذيفة ، ويسمى المسار الذي يتبعة المقذوف بالمسار.
وعلم المقذوفات هو فرع من الميكانيكا التطبيقية التي تدرس حركة وخصائص سلوك المقذوفات والظواهر المصاحبة لها ، و
الشيء الرئيسي في دراسة المقذوفات هو التحليل الفيزيائي والكيميائي للقذائف والأسلحة النارية وتطورها وقت إطلاق النار ، وكذلك المواد ودرجات الحرارة والقوى والدوران وسلوك المقذوفات.
أنواع المقذوفات
ويمكن معرفة
أهميّة المقذوفات في حياتنا
من خلال التعرف على أهمية كل نوع من أنواع المقذوفات في النقاط التالية :
المقذوفات الداخلية
هي فرع العلم الذي يتعامل مع القذيفة وهي لا تزال في البندقية ، حيث يدرس الطريقة التي يتم بها إطلاق الطاقة الموجودة في المادة الدافعة وتحويلها إلى طاقة حركية تؤدي إلى طرد القذيفة ، وهذا يعني أنه عندما تتلامس إبرة الإيقاع مع مؤخرة الخرطوشة ، يتم تنشيط الخاطف ويولد الاحتراق.
المقذوفات الخارجية
هي فرع العلم الذي يتعامل مع القذيفة بعد أن تزيل الفوهة وطوال فترة طيرانها ، وهي مسؤولة عن دراسة المسار الذي تتبعه المقذوفات بعد ترك فوهة السلاح حتى تصطدم بمادة أخرى ، ومن الضروري استخدام عدة عوامل لدراستها ، مثل قوة الجاذبية الأرضية ، ومقاومة الهواء ، ودوران المقذوف داخل السلاح.
المقذوفات الطرفية
الفرع الذي يتعامل مع التأثير والقوة الممنوحة على الهدف ، وهو مسؤول عن فعل ونتائج المقذوفات أثناء وبعد اصطدامها بجسم أو شيء ، ويتم استخدام هذا النوع بشكل أقل ، لأن البعض لا يمتلكون الأدوات اللازمة لدراسة هذا النوع من المقذوفات.
المقذوفات المقارنة
يتم إجراؤها داخل معمل لمعرفة الحالة المادية للقذائف ، مستندة في دراستها إلى البحث والكشف والمقارنة لكل من الخصائص التي خلفها السلاح الناري في القذيفة والقذيفة .
المقذوفات من المسار
وهي مسؤولة عن إعادة البناء الرسومي لمسار المقذوفة التي اصطدمت بالجسم ، وموقع الضحية والجاني ، والزاوية التي أطلق عليها السلاح ، وكذلك إعادة البناء الكلي لمسرح الجريمة. [1]
حركة المقذوفات
حركة المقذوفات تكون عندما يتحرك جسم في مسار مكافئ ثنائي الأطراف ، وتحدث حركة المقذوفات فقط عندما تكون هناك قوة واحدة مطبقة في البداية ، وبعد ذلك يكون التأثير الوحيد على المسار هو تأثير الجاذبية.
العوامل التي تؤثر على حركة المقذوفات
هناك قوى تؤثر على القذيفة مثل قوة الجاذبية ومقاومة الهواء ، وتختلف مقاومة الهواء لجسم ما اختلافا كبيرا حيث تعتمد على شكل الجسم والظروف الجوية التي يتم فيها إطلاق الجسم ، فيما يلي نوضح العلاقة بين ارتفاع الإسقاط وحركة المقذوفات :
الجاذبية
تؤثر الجاذبية على الجسم أو الشيء لتمنحه كتلة ، وكلما زاد وزن الجسم ، زاد تأثير الجاذبية عليه ، وسوف تؤثر الجاذبية على القذيفة كما أنها سوف تقلل من الارتفاع الذي يمكن للقذيفة الحصول عليه.
مقاومة الهواء
عندما تتحرك قذيفة في الهواء ، فإنها تتباطأ بفعل مقاومة الهواء وتقلل مقاومة الهواء المكون الأفقي للقذيفة ، ولذلك يكون تأثير مقاومة الهواء صغير جدا ، ولكن إذا كنت ترغب في زيادة المكون الأفقي للقذيفة ، فإن ذلك يرتبط بمقدار مقاومة الهواء الذي يعمل على كتلة المقذوف ، وسطح الجسم ، ونسبة الحجم.
الدوران
سيؤثر مقدار واتجاه الدوران الذي يعمل على قذيفة ، بشكل مباشر على المسافة أثناء السفر.
زاوية الإسقاط
الجسم المسقط بزوايا مختلفة يغطي مسافات
مختلفة ، فعندما يتم إسقاطه أو تحريره بزاوية 30 ، فإنه يجعله في
مسارا مکافئا ، ويغطي مسافة أقل عندما يسقط على 60 ، وعندما
يتم إطلاقه بزاوية 45 ، يصنع
مسارا مكافئا ويغطي أقصى مسافة ، لذا فإن المسافة التي يغطيها
الصراخ ، المطرقة ، الرمح ، القرص وما إلى ذلك تعتمد على الجسم.
ارتفاع الإطلاق
كلما ارتفع مستوى الإطلاق ، زادت المسافة
المقطوعة أثناء الطيران ، وذلك بسبب إطلاق القذيفة لأعلى ، كلما طالت مدة بقاءه في الهواء ، ويعمل المكون الأفقي على المقذوف
فترة أطول.
سرعة الإطلاق (السرعة الابتدائية)
ترتبط السرعة
ارتباطا مباشرا بالمسافة المقطوعة في الرحلة ، وتعتمد سرعة الإطلاق على السرعة الرأسية الأولية وهي السرعة الأفقية الأولية.
وسوف يؤدي
وجود سرعة أفقية أعلى إلى زيادة طول الرحلة وبالتالي المسافة
المقطوعة ، ستكون هذه ميزة في الألعاب الرياضية التي تتطلب
بشكل أساسي مسافات جيدة في الوثب الطويل والقفز في السماء.[2]
قوانين حركة المقذوفات
قانون حساب المسافة
يمكن التعبير عن المسافة الأفقية المقطوعة على أنها:
x = Vx * t، أي t هو الوقت.
يتم وصف المسافة الرأسية من الأرض بواسطة الصيغة y = h + Vy * t – g * t² / 2، حيث g هي تسارع الجاذبية.
قانون حساب السرعة
السرعة الأفقية تساوي Vx.
يمكن التعبير عن السرعة العمودية كـ Vy – g * t.
قانون التسارع
التسارع الأفقي يساوي 0.
التسارع العمودي يساوي -g (لأن الجاذبية تؤثر فقط على القذيفة).
قانون حساب الزمن الكلي للرحلة
تنتهي الرحلة عندما تضرب القذيفة الأرض ، ويمكننا ان نقول ان ما يحدث يكون عندما تكون المسافة العمودية من الأرض تساوي 0.
وفي الحالة التي يكون فيها ارتفاع الأولي هو 0، الصيغة يمكن كتابة على النحو التالي: Vy * t – g * t² / 2 = 0. ثم ، من تلك المعادلة ، نجد أن وقت الرحلة هو:
t = 2 * Vy / g =2 * V * sin(α) / g.
ومع ذلك، إذا تم رمي الكائن من ارتفاع أعلى ، تختلف الصيغة ونحصل على معادلة من الدرجة الثانية إلى حل: h + Vy * t – g * t² / 2 = 0. بعد حل هذه المعادلة ، نحصل على:
t = [V * sin(α) + √((V * sin(α))² + 2 * g * h)] / g
قانون المدى
نطاق المقذوف هو إجمالي المسافة الأفقية المقطوعة خلال زمن الرحلة ، فإذا أطلقنا الكائن من الأرض (الارتفاع المبدئي = 0) ، فيمكننا كتابة الصيغة على هذا النحو:
R = Vx * t = Vx * 2 * Vy / g ، ويمكن أيضًا تحويلها إلى الشكل:
R = V² * sin(2α) / g
وتختلف الصيغة بالنسبة للارتفاع المبدئي الذي يختلف عن 0 ، حيث نحتاج بعد ذلك إلى استبدال الصيغة الطويلة من الخطوة السابقة على النحو التالي t:
R = Vx * t = V * cos(α) * [V * sin(α) + √(V * sin(α))² + 2 * g * h)] / g
قانون حساب أقصى ارتفاع
عندما يصل المقذوف إلى أقصى ارتفاع ، يتوقف عن التحرك ويبدأ في السقوط ، وهذا يعني أن مكون سرعته العمودية يتغير من موجب إلى سالب – ، وإنه يساوي 0 للحظة وجيزة في كل مرة (Vy=0).
إذا Vy – g * t(Vy=0) = 0، يمكننا إعادة صياغة هذه المعادلة إلى t(Vy=0) = Vy / g.
نجد المسافة العمودية من الأرض في ذلك الوقت: hmax = Vy * t(vy=0) – g * (t(Vy=0))² / 2 = Vy² / (2 * g) = V² * sin(α)² / (2 * g)
وفي حالة إطلاق قذيفة أعلى من نقطة الارتفاع الأولي h، نحتاج ببساطة إلى إضافة هذه القيمة إلى الصيغة النهائية: hmax = h + V² * sin(α)² / (2 * g.
[3]