قوانين حركة المقذوفات وانواعها

القوة التي تعطي شكل مسار المقذوف المنحني

عندما يتم إلقاء جسيم بشكل غير مباشر بالقرب من سطح الأرض، يتحرك على مسار منحني تحت تسارع ثابت موجه نحو مركز الأرض، ويسمى هذا المسار بالقذيفة ويسمى هذا الحركة بحركة المقذوفات، وفيما يلي سنعرض أهم قوانين حركة المقذوفات وأنواعها.

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 ، والشيء 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 

يمكننا تحديد أهمية المقذوفات في حياتنا من خلال الاطلاع على أهمية كل نوع من أنواع المقذوفات في النقاط التالية:

المقذوفات الداخلية 

يتعامل فرع العلم هذا مع القذيفة التي لا تزال في البندقية. يدرس كيفية إطلاق الطاقة المخزنة في المادة الدافعة وتحويلها إلى طاقة حركية تؤدي إلى طرد القذيفة. وذلك يعني أنه عندما تلامس إبرة الاشتعال مؤخرة الخرطوشة، يتم تنشيط الشرارة وتنطلق عملية 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 

يتعامل الفرع الخاص بالتأثير والقوة الممنوحة على الهدف بفعل ونتائج المقذوفات أثناء وبعد اصطدامها بجسم أو شيء، ويستخدم هذا النوع بشكل أقل بسبب عدم توافر الأدوات اللازمة لدراسة هذه المقذوفات.

المقذوفات المقارنة

يتم إجراء هذا الاختبار داخل معمل لتحديد الحالة المادية للقذائف، حيث تعتمد الدراسة على البحث والكشف والمقارنة لكل من الخصائص التي يتركها السلاح الناري في القذيفة وعلى القذيفة نفسها .

المقذوفات من المسار

تتحمل المسؤولية عن إعادة إنشاء مسار القذيفة التي اصطدمت بالجسم، وموقع الضحية والجاني، والزاوية التي تم إطلاق السلاح منها، وكذلك إعادة إنشاء موقع الجريمة بالكامل.

حركة المقذوفات

تحدث حركة المقذوفات عندما يتحرك جسم في مسار مكافئ ثنائي الأطراف، وتحدث هذه الحركة فقط عندما يتم تطبيق قوة واحدة في البداية، وبعد ذلك يكون التأثير الوحيد على المسار هو تأثير الجاذبية.

العوامل التي تؤثر على حركة المقذوفات

تؤثر بعض القوى على حركة القذيفة، مثل قوة الجاذبية ومقاومة الهواء، وتختلف مقاومة الهواء لجسم ما باختلاف شكله والظروف الجوية التي يتم فيها إطلاقه، ويشرح ما يلي العلاقة بين ارتفاع الإسقاط وحركة المقذوفات:

الجاذبية

تؤثر الجاذبية على الجسم أو الشيء وتمنحه كتلة، وكلما زاد وزن الجسم،زاد تأثير الجاذبية عليه، وستؤثر الجاذبية على القذيفة وتقلل 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

يؤثر 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.

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 باستخدام Vy – g * t.

قانون التسارع

التسارع الأفقي يساوي 0.

التسارع العمودي يساوي -g (لأن الجاذبية تؤثر فقط على الكرة).

قانون حساب الزمن الكلي للرحلة 

تنتهي الرحلة عندما تصطدم القذيفة بالأرض، ويمكننا أن نقول إن ما يحدث يكون عندما تصل المسافة العمودية من الأرض إلى الصفر.

في حالة ارتفاع الارتفاع الأولي هو 0، يمكن كتابة الصيغة على النحو التالي: Vy * t – g * t² / 2 = 0، ومن هذه المعادلة يمكننا معرفة وقت الرحلة

t = 2 * Vy / g =2 * V * sin(α) / g.

وعلى الرغم من ذلك، إذا تم رمي الجسم من ارتفاع مرتفع، يختلف النموذج الرياضي ونحصل على معادلة من الدرجة الثانية لحل المسألة، وهو h + Vy * t – g * t² / 2 = 0. وبعد حل هذه المعادلة، نحصل على الحل التالي:

t = [V * sin(α) + √((V * sin(α))² + 2 * g * h)] / g

قانون المدى 

يمثل نطاق المقذوف المسافة الأفقية الإجمالية التي يقطعها الجسم خلال فترة الرحلة، وفي حالة إطلاق الجسم من الأرض (عند ارتفاع مبدئي يساوي صفر)، يمكن كتابة الصيغة على النحو التالي:

R = Vx * t = Vx * 2 * Vy / g، ويمكن أيضا صياغتها بشكل آخر

R = V² * sin(2α) / g

تختلف الصيغة عندما يكون الارتفاع المبدئي غير صفر، وبعد ذلك يتعين علينا استبدال الصيغة الطويلة للخطوة السابقة بالشكل 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 الحركة ويبدأ في السقوط، وهذا يعني أن سرعته العمودية يتغير من موجبة إلى سالبة، حيث يصل إلى الصفر للحظة وجيزة في كل مرة (Vy=0).

إذا كان Vy – g * t(Vy=0) = 0، يمكن 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)

في حالة إطلاق قذيفة بزاوية أكبر من الارتفاع الأولي h، يتعين علينا ببساطة إضافة هذه القيمة إلى الصيغة النهائية: hmax = h + V² * sin(α)² / (2 * g).