Από την αρχαιότητα, η ανθρωπότητα προσπάθησε να πετύχει τη νίκη σε μια σύγκρουση με τον εχθρό στη μέγιστη δυνατή απόσταση, ώστε να μην καταστρέψει τους δικούς της πολεμιστές. Σφεντόνες, τόξα, βαλλίστρες, μετά όπλα, τώρα ρουκέτες, βλήματα και βόμβες - όλα χρειάζονται έναν ακριβή υπολογισμό της βαλλιστικής τροχιάς. Και αν με τον παλιό στρατιωτικό "εξοπλισμό" ήταν δυνατό να εντοπιστεί οπτικά το σημείο πρόσκρουσης, το οποίο επέτρεψε τη μελέτη και τη βολή με μεγαλύτερη ακρίβεια την επόμενη φορά, τότε στον σύγχρονο κόσμο το σημείο προορισμού είναι συνήθως τόσο μακριά που είναι απλά αδύνατο να το δεις χωρίς πρόσθετες συσκευές.
Τι είναι μια βαλλιστική τροχιά
Αυτή είναι η διαδρομή που ξεπερνά κάποιο αντικείμενο. Πρέπει να έχει μια ορισμένη αρχική ταχύτητα. Επηρεάζεται από την αντίσταση του αέρα και τη βαρύτητα, γεγονός που αποκλείει τη δυνατότητα κίνησης σε ευθεία γραμμή. Ακόμη και στο διάστημα, μια τέτοια τροχιά θα παραμορφωθεί υπό την επίδραση της βαρύτητας διαφόρων αντικειμένων, αν και όχι τόσο σημαντικά όσο στον πλανήτη μας. Εάν δεν λάβετε υπόψη την αντίσταση των αέριων μαζών, τότε πάνω από όλα μια τέτοια διαδικασία κίνησης θα μοιάζει με έλλειψη.
Μια άλλη επιλογή είναι η υπερβολή. Και μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις θα είναι μια παραβολή ή ένας κύκλος (με την επίτευξη της δεύτερης και της πρώτης διαστημικής ταχύτηταςαντίστοιχα). Στις περισσότερες περιπτώσεις, τέτοιοι υπολογισμοί πραγματοποιούνται για πυραύλους. Τείνουν να πετούν στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου η επίδραση του αέρα είναι ελάχιστη. Ως αποτέλεσμα, τις περισσότερες φορές η βαλλιστική τροχιά εξακολουθεί να μοιάζει με έλλειψη. Ανάλογα με πολλούς παράγοντες, όπως η ταχύτητα, η μάζα, ο τύπος της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία, η περιστροφή του πλανήτη κ.λπ., τα μεμονωμένα μέρη του μονοπατιού μπορούν να λάβουν ποικίλες μορφές.
Υπολογισμός βαλλιστικής τροχιάς
Για να κατανοήσουμε ακριβώς πού θα πέσει το απελευθερωμένο σώμα, χρησιμοποιούνται διαφορικές εξισώσεις και η μέθοδος αριθμητικής ολοκλήρωσης. Η εξίσωση βαλλιστικής τροχιάς εξαρτάται από πολλές μεταβλητές, αλλά υπάρχει επίσης μια ορισμένη καθολική έκδοση που δεν δίνει την απαιτούμενη ακρίβεια, αλλά είναι αρκετά επαρκής για παράδειγμα.
y=x-tgѲ0-gx2/2V0 2-Cos2Ѳ0, where:
- y είναι το μέγιστο ύψος πάνω από το έδαφος.
- X είναι η απόσταση από το σημείο εκκίνησης μέχρι τη στιγμή που το σώμα φτάνει στο υψηλότερο σημείο.
- Ѳ0 – γωνία ρίψης.
- V0 – αρχική ταχύτητα.
Χάρη σε αυτόν τον τύπο, καθίσταται δυνατή η περιγραφή μιας βαλλιστικής τροχιάς πτήσης σε έναν χώρο χωρίς αέρα. Θα αποδειχθεί με τη μορφή παραβολής, η οποία είναι τυπική για τις περισσότερες επιλογές για ελεύθερη κίνηση σε τέτοιες συνθήκες και παρουσία βαρύτητας. Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά γνωρίσματα μιας τέτοιας τροχιάς μπορούν να διακριθούν:
- Η βέλτιστη γωνία ανύψωσης γιαη μέγιστη απόσταση είναι 45 μοίρες.
- Το αντικείμενο έχει την ίδια ταχύτητα κίνησης τόσο τη στιγμή της εκτόξευσης όσο και τη στιγμή της προσγείωσης.
- Η γωνία ρίψης είναι ίδια με τη γωνία πτώσης.
- Το αντικείμενο φτάνει στην κορυφή της τροχιάς ακριβώς την ίδια χρονική στιγμή, μετά από την οποία πέφτει κάτω.
Στη συντριπτική πλειοψηφία των υπολογισμών αυτού του είδους, συνηθίζεται να παραμελείται η αντίσταση των μαζών αέρα και ορισμένοι άλλοι παράγοντες. Εάν ληφθούν υπόψη, τότε ο τύπος θα αποδειχθεί πολύ περίπλοκος και το σφάλμα δεν είναι τόσο μεγάλο ώστε να επηρεάσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα του χτυπήματος.
Διαφορές από το επίπεδο
Αυτό το όνομα σημαίνει μια άλλη παραλλαγή της διαδρομής του αντικειμένου. Η επίπεδη και η βαλλιστική τροχιά είναι κάπως διαφορετικές έννοιες, αν και η γενική αρχή είναι η ίδια για αυτές. Στην πραγματικότητα, αυτός ο τύπος κίνησης συνεπάγεται τη μέγιστη δυνατή κίνηση στο οριζόντιο επίπεδο. Και σε όλη τη διαδρομή, το αντικείμενο διατηρεί επαρκή επιτάχυνση. Η βαλλιστική εκδοχή της κίνησης είναι απαραίτητη για μετακίνηση σε μεγάλες αποστάσεις. Για παράδειγμα, η επίπεδη τροχιά είναι πιο σημαντική για μια σφαίρα. Πρέπει να πετάει αρκετά ευθεία για όσο το δυνατόν περισσότερο και να τρυπάει όλα όσα μπαίνουν στο δρόμο της. Από την άλλη, ένας πύραυλος ή ένα βλήμα από κανόνι προκαλεί τη μέγιστη ζημιά ακριβώς στο τέλος της κίνησης, καθώς κερδίζει τη μέγιστη δυνατή ταχύτητα. Ενδιάμεσα στην κίνησή τους, δεν είναι τόσο συντριπτικά.
Σύγχρονη χρήση
Βαλλιστικήη τροχιά χρησιμοποιείται συχνότερα στη στρατιωτική σφαίρα. Πύραυλοι, βλήματα, σφαίρες και ούτω καθεξής - όλα πετούν μακριά και για μια ακριβή βολή, πρέπει να λάβετε υπόψη πολλές μεταβλητές. Επιπλέον, το διαστημικό πρόγραμμα βασίζεται επίσης στη βαλλιστική. Χωρίς αυτό, είναι αδύνατο να εκτοξευτεί με ακρίβεια ένας πύραυλος, έτσι ώστε τελικά να μην πέσει στο έδαφος, αλλά να κάνει πολλές στροφές γύρω από τον πλανήτη (ή ακόμα και να απομακρυνθεί από αυτόν και να πάει πιο μακριά στο διάστημα). Γενικά, σχεδόν οτιδήποτε μπορεί να πετάξει (ανεξάρτητα από το πώς το κάνει) συνδέεται κατά κάποιο τρόπο με μια βαλλιστική τροχιά.
Συμπέρασμα
Η δυνατότητα υπολογισμού όλων των στοιχείων και εκτόξευσης οποιουδήποτε αντικειμένου στη σωστή θέση είναι εξαιρετικά σημαντική στη σύγχρονη εποχή. Ακόμα κι αν δεν αναλάβετε τον στρατό, ο οποίος παραδοσιακά χρειάζεται τέτοιες δυνατότητες περισσότερο από οποιονδήποτε άλλον, θα εξακολουθήσουν να υπάρχουν πολλές πολύ πολιτικές εφαρμογές.
