آونگ بالیستیک

آونگ بالیستیک (انگلیسی: Ballistic pendulum) دستگاهی است برای اندازه گیری تکانه یک پرتابه که با آن میتوان اندازه سرعت و انرژی جنبشی آن پرتابه را به دست آورد. امروزه این دستگاه با اختراع کرونوگراف تقریبا از استفاده خارج شده است که اجازه اندازه گیری مستقیم سرعت پرتابه را میدهد. با این حال، آونگ بالیستیک مدت زیادی در آزمایشگاه ها با کار گرفته شد و موجب پیشرفت های متعددی در علم بالیستیک شد. آونگ بالیستیک هنوز هم در کلاس های فیزیک به علت سادگی و راحتی نمایش ویژگی های تکانه و انرژی استفاده می شود. برخلاف شیوه های دیگر اندازه گیری سرعت گلوله ، محاسبات ابتدایی این آونگ نیازی به اندازه گیری زمان ندارند و فقط به اندازه گیری جرم و فاصله وابسته اند. علاوه بر استفاده های اولیه برای انداره گیری سرعت پرتابه یا لگد یک اسلحه ، را میتوان برای اندازه گیری هرگونه انتقال تکانه استفاده کرد. برای مثال این اونگ توسط فیزیکدان سی . وی . بویز استفاده شد تا کشسانی توپ های گلف را اندازه بگیرد. فیزیکدان پیتر تیت از این آونگ برای اندازه گیری اثر چرخش بر روی مسافتی که یک توپ گلف حرکت میکند استفاده کرد.

آونگ بالیستیک

تاریخچهویرایش

آونگ بالیستیک در سال 1742 میلادی توسط ریاضیدان انگلیسی ، بنجامین رابینز (1751 – 1707 ) اختراع شد و او این آونگ را در کتابش با نام " اصول جدید تیر اندازی " معرفی کرد که این موجب انقلابی در علم بالیستیک شد ، زیرا اولین روش اندازه گیری دقیق سرعت یه گلوله را ارائه داد.


رابینز از آونگ بالیستیک استفاده کرد تا سرعت پرتابه را به دو شیوه اندازه گیری کند. اولی برای آن بود که تفنگ را به آونگ وصل کند و اندازه لگد آن را اندازه بگیرد. از آنجایی که تکانه تفنگ با تکانه ماده پرتابی بکسان است و از آنجایی که پرتابه در آن آزمایش بیشتر جرم ماده پرتابی را تشکیل میداد ، سرعت گلوله به طور تقریبی قابل اندازگیری بود. دومین روش که روش دقیق تری بود ، به طور مستقیم تکانه گلوله را با شلیک آن به درون آونگ اندازه گرفت. رابینز از گلوله های تفنگ فیتیله ای با وزن حدود یک اونس ( 30 گرم ) استفاده کرد.

دستگاه اولیه رابینز از آونگ سنگین آهنی ، که درون آن با چوب برای گرفتن گلوله پوشانده شده بود ، استفاده کرد. نمونه های مدرن آن از جرم سنگین که توسط یک بازوی سبک آویزان است استفاده می کنند و جرم بازوی اتصال را نادیده میگیرند. این در حالیست که دستگاه آهنین رابینز این اجازه را نمیداد. علاوه براین ، محاسبات ریاضی رابینز پیچیده تر از محاسبات امروزی است. او از دوره تناوب نوسان و جرم آونگ استفاده کرد تا لختی نوسانی آونگ را اندازه بگیرد. سپس از یک روبان برای اندازه گیری جا به جایی آونگ استفاده کرد. اولین سیستم جایگزین آونگ بالیستیک برای اندازه گیری مستقیم سرعت پرتابه در سال 1808 اختراع شد.




محاسبات ریاضیویرایش

برای محاسبات ساده بررسی حرکت از لحظه ای که گلوله به آونگ برخورد میکند آغاز میشود. با داشتن g (شتاب جاذبه) و h بیشترین ارتفاع آونگ ، میتوان سرعت اولیه سیستم گلوله – آونگ را با استفاده از قانون بقای انرژی مکانیکی به دست آورد. بگذارید سرعت اولیه v1 باشد و جرم های گلوله و آونگ به ترتیب mb و mp باشند انرژی جنبسی اولیه سیستم برابر است با :

K_initial= 1/2 (mb+ mp ).v_1^2 با داشتن ارتفاع اولیه آونگ برای انرژی پتانسیل اولیه

(U_initial=0  )

آخرین انرژی پتانسیل هنگامی که سیستم آونگ – گلوله از حرکت می ایستد (K_final=0 ) از طریق رابطه ی

U_final=( mb+ mp ).g.h  

به دست می آید. پس طبق قانون پایستگی انرژی مکانیکی داریم:

                             K_initial= U_final

از روابط بالا نتیجه میگیریم

(v1=√(2.g.h

از این روابط میتوان v0 سرعت اولیه گلوله پس از شلیک آن را به دست آورد.

منابعویرایش