В физике при решении задач при движении тела под действием силы тяжести используют термин снаряд – любой объект, которым выстрелили, который подкинули, швырнули или бросили. Это неформальное определение. Путь снаряда называется его траекторией.
Первостепенной силой, действующей на снаряд, является гравитация.
Это не означает, что других сил не существует, просто их влияние минимально по сравнению с ней. Шарик, наполненный гелием, обычно не считается снарядом, поскольку сопротивление воздуха и выталкивающие силы, действующие него столь же значительны, как и вес. Заполненные гелием воздушные шары не могут быть брошены на большие расстояния и обычно не падают. Напротив, разбившийся самолет будет считаться снарядом. Даже несмотря на то, что силы сопротивления и выталкивающие силы, действующие на него, в абсолютном выражении намного больше, чем на воздушный шар, гравитация – это то, что действительно приводит влияет на разбившийся самолет.
Объект перестает быть снарядом, как только появляется какой-либо реальный эффект для изменения его траектории. Таким образом, траектория снаряда полностью определяется в тот момент, когда он удовлетворяет определению снаряда.
Единственными значимыми величинами, которые могут варьироваться от снаряда до снаряда, являются начальная скорость и начальное положение.
Здесь мы сталкиваемся с некоторыми языковыми осложнениями. Иногда говорят, что самолеты, управляемые ракеты и ракетные космические корабли следуют по траектории. Поскольку на эти устройства действует подъемная сила крыльев и тяга двигателей в дополнение к силе тяжести, на самом деле они не являются снарядами. Чтобы обойти эту дилемму, обычно используется термин баллистическая траектория при работе со снарядами.
Слово «баллистический» происходит от греческого слова vallo – «бросать» и неоднократно всплывает в техническом жаргоне вооружения с древних времен до современности.
Когда снаряд отправляется в очень длинное путешествие, величина и направление ускорения под действием силы тяжести изменяются. Гравитация не постоянна с самого начала, но вариация не заметна в повседневных диапазонах высоты. От самых глубоких шахт в Южной Африке до самых больших высот, пересекаемых коммерческими самолетами, величина ускорения под действием силы тяжести всегда составляет 9,8 м/с2 ± 0,05 м/с2.
Рассмотрим сферическую Землю с торчащей из нее высокой горой. Теперь представьте, что вы используете это место как старт для запуска снарядов по горизонтали с различными начальными скоростями. Какое влияние окажет скорость на дальность? Очевидно, быстрые снаряды будут путешествовать дальше, чем медленные.
Основная концепция, связанная со скоростью, заключается в том, что «быстрее значит дальше», но на сферической земле взаимосвязь только приблизительно линейна.
Некоторое время удвоение скорости означало бы удвоение расстояния, но в конце концов искривление Земли начало бы портить такой подход.
Снаряд и спутник управляются одними и теми же физическими принципами, даже если они имеют разные названия. Простой снаряд сделан математически простой идеализацией (в основном для удобства). Принимая постоянное значение ускорения под действием силы тяжести, мы облегчаем решение задач и (во многих случаях) на самом деле не теряем слишком много на пути к точности.
Каждая проблема со снарядом – это, по сути, две проблемы одномерного движения.
Кинематические уравнения для простого снаряда – это уравнения для объекта, движущегося с постоянной горизонтальной скоростью и постоянным вертикальным ускорением.
Таблица для описания движения снаряда в горизонтальной и вертикальной проекции.
| Величина | Горизонталь | Вертикаль |
|---|---|---|
| ускорение | ||
| скорость-время | ||
| перемещение-время | ||
| скорость-перемещение |
Статья по физике на заказ от проверенных исполнителей!
Комментарии