Фролова Ксения. Курсовой проект по теоретической механике — различия между версиями
(→Краткий экскурс) |
(→Краткий экскурс) |
||
| Строка 32: | Строка 32: | ||
Так, для того, чтобы <math>P \searrow</math>, необходимо, чтобы <math>t \searrow, m \searrow</math><br> | Так, для того, чтобы <math>P \searrow</math>, необходимо, чтобы <math>t \searrow, m \searrow</math><br> | ||
Для того, чтобы <math>v_0 \nwarrow </math>, необходимо, чтобы <math>t \searrow \Rightarrow l \searrow, m \searrow</math>, но при этом масса стрелы не должна быть слишком мала. Опыты показывают, что ее величина должна составлять 15 - 40 г<br> | Для того, чтобы <math>v_0 \nwarrow </math>, необходимо, чтобы <math>t \searrow \Rightarrow l \searrow, m \searrow</math>, но при этом масса стрелы не должна быть слишком мала. Опыты показывают, что ее величина должна составлять 15 - 40 г<br> | ||
| + | '''Баллистика'''<br> | ||
| + | Наглядное сравнение стрельбы из огнестрельного оружия и стрельбы из лука. Дело в том, что в огнестрельном оружии не учитывается баллистика, в отличие от лука и арбалета.<br> | ||
| + | Рассмотрим прямой выстрел(начальная скорость направлена параллельно земле):<br> | ||
| + | Пусть известны следующие величины: <math>v_0 = 800</math>м/с - скорость пули, <math>v_1 = 80</math>м/с - скорость стрелы, расстояние s = 200 м<br> | ||
| + | Время полета пули:<math>t = \frac{200}{800} = \frac{1}{4}</math> с, время полета стрелы: <math>t = \frac{200}{80} = \frac{5}{2}</math> с<br> | ||
| + | <math>h = \frac{gt^2}{2} </math>, высота, на которую пуля окажется ниже мишени, составит <math>h = \frac{10}{32} = 0.3125</math>м<br> | ||
| + | Таким образом, если брать в расчет высоту снайпера, то пуля не "войдет в землю" и, в зависимости от масштабов мишени, может попасть в нее.<br> | ||
| + | Высота же, на которую стрела окажется ниже мишени составит: <math>h = \frac{250}{82} = 31.25</math>м, откуда сразу же видно, что, учитывая высоту стрелка, пуля войдет в землю и не достигнет мишени.<br> | ||
== Решение == | == Решение == | ||
Версия 10:20, 24 мая 2012
Содержание
Тема проекта
Моделирование стрельбы из лука
Модель лука
Постановка задачи
Существуют статические и динамические параметры конструкции лука.
- статические параметры: сила натяжения тетивы, величина рабочего хода
- динамические параметры: скорость распрямления дуг, амплитуда и длительность колебаний в дуге
В рамках данной курсовой работы необходимо составить модель лука. Интересующей нас величиной является дальность полета стрелы. Задачей является выведение и последующее рассмотрение зависимости этой дальности от вышеуказанных параметров конструкции лука.
Конкретизация:
Стоит рассмотреть две модификации лука: в первом случае можно принять тетиву за нерастяжимую нить, а плечи за плоские пружины изгиба или же за стрержни, поместив пружину между ними; во втором случае стоит учитывать растяжимость тетивы. Далее необходимо рассчитать дальность полета стрелы.
Краткий экскурс
Общий принцип
Причиной движения стрелы является переход потенциальной энергии деформируемого тела в кинетическую энергию полета снаряда. Реализация происходит посредством сравнительно медленного оттягивания тетивы, в течение которого накапливается потенциальная энергия упругости плеч лука, последующего спуска тетивы, когда плечи, разгибаясь, преобразуют накопленную энергию в кинетическую энергию полета стрелы, а также непосредственно полета стрелы, происходящего за счет полученной кинетической энергии.
Преобразование потенциальной энергии деформируемого тела в кинетическую энергию полета стрелы
Одним из основных боевых качеств лука является его силовая характеристика - зависимость силы натяжения, прикладываемой к тетиве, от смещения тетивы из положения равновесия. Изображая данную зависимость на графике, мы получаем динамическую кривую.
Пусть силовая характеристика известна (эту зависимость нетрудно получить экспериментальным путем, оттягивая тетиву на горизонтально покоящемся луке с помощью гирек разных масс). Тогда мы можем вычислить потенциальную энергию, накапливаемую за счет оттягивания тетивы путем взятия интеграла:
, где является величиной рабочего хода (максимальной величиной смещения тетивы)
Потенциальная энергия деформируемых плеч преобразуется не только в кинетическую энергию полета стрелы, но также и в кинетическую энергию тетивы, кинетическую энергию плеч, отдачу стрелку, колебания дуги, преодоление силы трения стрелы о "полочку".
Так, необходимо ввести в рассмотрение КПД лука:
*100%
Кинетическая энергия снаряда T:
Рассмотрим зависимость :
- если m очень мало, то выстрел "как бы холостой" мало;
- если m слишком велико, то уменьшается ускорение, сообщаемое стреле, увеличивается отдача лука, увеличивается сила трения
Таким образом, нужно искать баланс. Опыты показывают, что КПД составляет 30% - 85%
Начальная скорость стрелы обратно пропорциональна времени, а время, в течение которого накапливается потенциальная энергия для последующего перехода в кинетическую зависит от величины рабочего хода (или же просто от смещения тетивы, если лук натягивается не до "упора"), а также от массы стрелы. В современных луках начальная скорость составляет 40 - 80 м/с.
Мощность лука
,
Так, для того, чтобы , необходимо, чтобы
Для того, чтобы , необходимо, чтобы , но при этом масса стрелы не должна быть слишком мала. Опыты показывают, что ее величина должна составлять 15 - 40 г
Баллистика
Наглядное сравнение стрельбы из огнестрельного оружия и стрельбы из лука. Дело в том, что в огнестрельном оружии не учитывается баллистика, в отличие от лука и арбалета.
Рассмотрим прямой выстрел(начальная скорость направлена параллельно земле):
Пусть известны следующие величины: м/с - скорость пули, м/с - скорость стрелы, расстояние s = 200 м
Время полета пули: с, время полета стрелы: с
, высота, на которую пуля окажется ниже мишени, составит м
Таким образом, если брать в расчет высоту снайпера, то пуля не "войдет в землю" и, в зависимости от масштабов мишени, может попасть в нее.
Высота же, на которую стрела окажется ниже мишени составит: м, откуда сразу же видно, что, учитывая высоту стрелка, пуля войдет в землю и не достигнет мишени.
