Od czasów starożytnych ludzkość próbowała odnieść zwycięstwo w zderzeniu z wrogiem z możliwie największej odległości, aby nie zniszczyć własnych wojowników. Zawiesia, łuki, kusze, potem pistolety, teraz rakiety, pociski i bomby – wszystkie one potrzebują dokładnego obliczenia trajektorii balistycznej. A jeśli za pomocą starego „sprzętu” wojskowego można było wizualnie śledzić punkt uderzenia, co umożliwiło dokładniejsze badanie i strzelanie następnym razem, to we współczesnym świecie punkt docelowy jest zwykle tak daleko, że jest to po prostu niemożliwe do zobaczenia bez dodatkowych urządzeń.
Co to jest trajektoria balistyczna
To jest ścieżka, którą pokonuje jakiś obiekt. Musi mieć określoną prędkość początkową. Wpływa na nią opór powietrza i grawitacja, co wyklucza możliwość ruchu w linii prostej. Nawet w kosmosie taka trajektoria będzie zniekształcona pod wpływem grawitacji różnych obiektów, choć nie tak znacząco jak na naszej planecie. Jeśli nie weźmiemy pod uwagę oporów mas powietrza, to przede wszystkim taki proces ruchu będzie przypominał elipsę.
Inną opcją jest hiperbola. I tylko w niektórych przypadkach będzie to parabola lub koło (po osiągnięciu drugiej i pierwszej prędkości przestrzennej)odpowiednio). W większości przypadków takie obliczenia są przeprowadzane dla pocisków. Zwykle latają w wyższych warstwach atmosfery, gdzie wpływ powietrza jest minimalny. W efekcie najczęściej trajektoria balistyczna nadal przypomina elipsę. W zależności od wielu czynników, takich jak prędkość, masa, rodzaj atmosfery, temperatura, obrót planety itd., poszczególne części ścieżki mogą przybierać różne formy.
Oblicz trajektorię balistyczną
Aby dokładnie zrozumieć, gdzie upadnie uwolnione ciało, stosuje się równania różniczkowe i metodę całkowania numerycznego. Równanie trajektorii balistycznej zależy od wielu zmiennych, ale istnieje również pewna uniwersalna wersja, która nie zapewnia wymaganej dokładności, ale jest całkiem wystarczająca na przykład.
y=x-tgѲ0-gx2/2V0 2-Cos2Ѳ0, gdzie:
- y to maksymalna wysokość nad ziemią.
- X to odległość od punktu początkowego do momentu, w którym ciało osiągnie najwyższy punkt.
- Ѳ0 – kąt rzutu.
- V0 – prędkość początkowa.
Dzięki tej formule możliwe staje się opisanie trajektorii lotu balistycznego w przestrzeni pozbawionej powietrza. Okaże się w formie paraboli, która jest typowa dla większości opcji swobodnego poruszania się w takich warunkach i przy grawitacji. Można wyróżnić następujące charakterystyczne cechy takiej trajektorii:
- Najbardziej optymalny kąt elewacji dlamaksymalna odległość to 45 stopni.
- Obiekt porusza się z tą samą prędkością zarówno w momencie startu, jak i lądowania.
- Kąt rzutu jest taki sam jak kąt upadku.
- Obiekt osiąga szczyt trajektorii dokładnie w tym samym czasie, po czym spada.
W ogromnej większości tego rodzaju obliczeń zwyczajowo pomija się opór mas powietrza i kilka innych czynników. Jeśli zostaną wzięte pod uwagę, wówczas formuła okaże się zbyt skomplikowana, a błąd nie jest na tyle duży, aby znacząco wpłynąć na skuteczność trafienia.
Różnice od płaskiego
Ta nazwa oznacza inny wariant ścieżki obiektu. Trajektoria płaska i balistyczna to nieco inne pojęcia, chociaż ogólna zasada jest dla nich taka sama. W rzeczywistości ten rodzaj ruchu oznacza maksymalny możliwy ruch w płaszczyźnie poziomej. A na całej ścieżce obiekt utrzymuje wystarczające przyspieszenie. Balistyczna wersja ruchu jest niezbędna do poruszania się na duże odległości. Na przykład płaska trajektoria jest najważniejsza dla pocisku. Musi lecieć wystarczająco prosto tak długo, jak to możliwe i przebić się przez wszystko, co stanie jej na drodze. Z drugiej strony rakieta lub pocisk z armaty zadaje maksymalne obrażenia właśnie pod koniec ruchu, ponieważ nabiera maksymalnej możliwej prędkości. Pomiędzy ich ruchami nie są tak miażdżące.
Nowoczesne zastosowanie
Balistictrajektoria jest najczęściej wykorzystywana w sferze wojskowej. Rakiety, pociski, kule i tak dalej - wszystkie lecą daleko, a aby oddać celny strzał, trzeba wziąć pod uwagę wiele zmiennych. Ponadto program kosmiczny opiera się również na balistyce. Bez niego nie da się dokładnie wystrzelić rakiety, aby ostatecznie nie spadła na ziemię, ale wykonała kilka zakrętów wokół planety (lub nawet oderwała się od niej i poleciała dalej w kosmos). Ogólnie rzecz biorąc, prawie wszystko, co potrafi latać (niezależnie od tego, jak to robi) jest w jakiś sposób związane z trajektorią balistyczną.
Wniosek
Możliwość obliczenia wszystkich elementów i uruchomienia dowolnego obiektu we właściwym miejscu jest niezwykle ważna w dzisiejszych czasach. Nawet jeśli nie weźmiesz wojska, które tradycyjnie potrzebuje takich zdolności bardziej niż ktokolwiek inny, nadal będzie wiele całkiem cywilnych zastosowań.
