Баллистика в современном мире. Конструирование установки для демонстрации движения тел, брошенных под углом к горизонту

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Баллистика в современном мире. Конструирование установки для демонстрации движения тел, брошенных под углом к горизонту

Тукмачев Д.М. 1
1МБОУ гимназия №1 г.Задонска
Дорофеева М.А. 1
1МБОУ гимназия №1 г.Задонска
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
  1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность:

Баллистика—наукао движениител,брошенных впространстве.

Цель баллистики — понять и предсказать траекторию тела, брошенные под углом к горизонту, при различных условиях.

Актуальность баллистики в современном мире является ключевым аспектом для обеспечения безопасности и правопорядка, а также имеет практическое применение в различных областях (военных, спортсменов, пожарных, криминалистов). Эта наука изучает движение тел в поле тяжести Земли, что включает такие объекты, как пули, снаряды и ракеты, или в спорте - мяч, толкание ядра, метание копья или диска и прочее.

Исследования процессов внутренней баллистики основываются на математическом и физическом моделировании и необходимы для таких приспособлений, как: пороховых зарядов для систем пожаротушения, газогенераторов, пиропатронов в подушках безопасности, ракетных двигателей и др.

Военное дело и криминалистика остаются основными областями применения баллистики, поскольку использование огнестрельного оружия и ракетной техники играет важную роль в современных конфликтах и преступлениях. Она будет актуальна все время, пока в мире будут использоваться оружие, так как люди должны знать, с чем они работают. При разработке каждого нового оружия специалисты в первую очередь изучают скорость, максимальную дальность полета и проникающую силу патрона, всем этим занимается баллистика.

В условиях постоянно меняющихся вызовов и угроз, баллистика сохраняет свою значимость и актуальность, становясь неотъемлемым элементом современного общества.

Исследование баллистики, как ключевой науки, позволяет отвечать на современные вызовы в области безопасности и правопорядка.

Цель работы:

Исследовать актуальность баллистики и её применение в современных областях, а также сконструировать установку для моделированияиизучениятраекториидвижениятела,брошенногопод угломкгоризонту.

Задачи:

1. Изучить историю баллистики и её развитие;

2. Познакомиться с современными видами баллистики;

3.Определить область применения баллистики;

4. Создать установку для изучения траектории движения тела, брошенного под углом к горизонту;

5.Изучить движение тела, брошенного под углом к горизонту с помощью сконструированной установки;

6. Сделать выводы.

Методы исследования:

  • изучение и анализ литературы;

  • обработка данных;

  • моделирование установки;

  • анализ полученных результатов.

Гипотеза: дальность и высота полёта тела при одной и той же начальной скорости зависит от угла, под которым тело брошено к горизонту

  1. ОСНОВНАЯЧАСТЬ

    1. Теоретическая часть

      1. История возникновения баллистики.

Испокон веков основным занятием человека являлось уничтожение себе подобных. В древние времена для этого использовались булыжники и палки, после чего человечество пришло к тому, что дистанционное оружие дает целый ряд преимуществ его владельцу. 

Так или иначе, баллистика изучалась по мере развития человечества, параллельно с развитием механизмов для поражения противника на расстоянии.

Метательные камни, ножи и дротики, ручные пращи, луки, арбалеты, а впоследствии – баллисты, катапульты, требушеты, толлеоны и, в конце концов, огнестрельное оружие и артиллерийские орудия — все эти средства толкали науку баллистики на протяжении всей своей истории.

Начало изучения траектории полета снаряда, как науки, было положено Николло Тарталья в 1537 году, начавшим исследование кривой движения этого тела. Продолжил изучение Галилей, сформулировав параболическую теорию.

Развивал данную тему и Ньютон, благодаря изучению законов воздушного сопротивления которого стало возможным доказать невозможность параболической кривой полета снаряда. Его дело продолжил Бенджамин Робинс, основное исследование которого — расчет начальной скорости ядра. 

Он даже изобрел актуальный по сей день баллистический маятник. Прибор, с помощью которого определяют эффективность взрывчатых веществ, фиксируя при их подрыве угол отклонения маятника.

Далее баллистика развивалась семимильными шагами. Вошедшее в обиход в начале XIX века нарезное оружие, а также использование адаптированных под него снарядов и нового образца патрона, с пулей продолговатой формы, а точнее – необходимость изучения их эффективности и дальнейшей оптимизации, стали серьезным толчком в изучении данной науки, поскольку характеристики нового оружия были весьма высоки, что обуславливало широкую его популярность, и как следствие – высокий спрос.

Одним из ключевых витков истории баллистики стала разработка численного метода интегрирования дифференциальных уравнений, созданного Карлом Рунге и Мартином Кутта. Определенные элементы их метода позволяли с максимальной точностью вести расчеты траектории тел в пространстве. 

Появлялись всё новые виды вооружения, конструкторы отчаянно экспериментировали с длиной ствола, внутренними нарезами и наполнением патрона, двигая науку вперед.

      1. Виды баллистики

Взависимостиотэтападвиженияснарядаразличают:внутреннююи внешнюю баллистику, промежуточную и терминальную баллистику. (Рис.1)

Рис.1

Внутренняя баллистика изучает движения снаряда (пули) в стволе орудия с момента воспламенения заряда до выхода снаряда из дула. Данные полученные в ходе таких исследований применяют для проектирования оружия.

Некоторые аспекты внутренней баллистики:

  • взаимодействие между порохом, его горением и создаваемым давлением;

  • влияние давления на пулю и ствол;

  • динамика движения снаряда внутри ствола.

Внешняя баллистика изучает движение снаряда после его выхода из ствола оружия до момента попадания в цель под воздействием внешних сил. Этот раздел позволяет внести поправки на ветер и деривацию.

Некоторые задачи внешней баллистики:

  • анализ траектории полёта снаряда, формируемой под воздействием гравитации и воздушного сопротивления;

  • изучение влияния внешних факторов, таких как ветер, температура и влажность;

  • прогнозирование падения траектории и корректировка прицеливания.

Промежуточнаябаллистикаимеетважноезначениедляповышенияточности стрельбы, при разработке глушителей, пламегасителей.

Терминальнаябаллистика изучает поведение снаряда в момент и после попадания в цель.  Этим занимаютсяоружейники-специалистыпоснарядами пулям, прочности и другие эксперты по броне и защите, а также криминалисты.

 Некоторые аспекты терминальной баллистики:

  • эффекты взаимодействия снаряда с целью, включая проникающую способность и передачу энергии;  

  • разрушения, вызванные снарядом в цели;

  • особенности воздействия на различные материалы и ткани (в случае живых целей).

      1. Примеры применения баллистики

Баллистика применяется в различных областях, где требуется анализ и прогнозирование движения объектов. Например:

Военная промышленность

  • Разработка и улучшение вооружений. Знание физических принципов движения снарядов позволяет создавать более точные и эффективные орудия.

  • Оптимизация оружия. Баллистика помогает улучшить стволы, механизмы прицеливания и системы управления огнём.  

  • Безопасность и надёжность оружия. Исследования в области баллистики минимизируют риск случайных взрывов и нештатных ситуаций.  

Криминалистика

  • Расследование преступлений, связанных с использованием огнестрельного оружия. Баллистика позволяет экспертам определить тип оружия, дистанцию стрельбы, траекторию снаряда и другие факторы, которые помогают установить обстоятельства преступления.  

  • Идентификация оружия. По следам на пулях и гильзах определяют вид, систему и модель оружия.  

Космические исследования

  • Разработка и запуск ракет и космических аппаратов. Знания о движении объектов в атмосфере и в космическом пространстве позволяют инженерам и учёным точно рассчитывать траектории полёта и оценивать воздействия силы тяжести и аэродинамических сопротивлений.  

  • Проектирование маршрутов межпланетных миссий. Учитывают гравитационные манёвры, определяют параметры для входа космических аппаратов в атмосферу планет и их спуска.  

Другие области

  • Спорт. Баллистика помогает спортсменам более точно анализировать и прогнозировать результаты выстрелов, разрабатывать стратегии и тактики.  

  • Инженерия и технические науки. Знания баллистики позволяют инженерам рассчитывать траектории движения, оптимизировать конструкции и предсказывать поведение различных систем и механизмов.

      1. Обзортеориипо баллистике

Баллистическаятраектория

При расчетах и изучении баллистического движения любого тела, стоит обратить внимание на огромное количество факторов – массу, скорость и обтекаемость тела, атмосферные условия и многое-многое другое. Но даже при учете этого, в баллистике есть свои основные формулы, применяемые в исследованиях.

Траекториейтела,движущегосявполетяготенияЗемли,являетсябаллистическая кривая (Рис.2).

Рис.2.Баллистическаякривая.

Если считать поле тяготения однородным (что справедливо при начальной скорости тела, значительно меньшей первой космической), рассматривать движение тела вблизи поверхности Земли (т.е. кривизной поверхности Земли пренебречь) и, главное, пренебречь сопротивлением воздуха, то в первом приближении баллистической кривой будет парабола, описываемая графиком квадратичной функции

В рассматриваемом случае парабола проходит через начало координат и ветви параболы направлены вниз, так как коэффициент при

Просмотров работы: 15