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銃の所有者はしばしば反動速度に興味がありますが、それだけは無視します。知っておくと役に立つ他の多くの状況があります。たとえば、ジャンプショットをとるバスケットボールプレーヤーは、ボールを放した後、他のプレーヤーに衝突しないように後方への速度を知りたい場合があります。フリゲートのキャプテンは、救命艇のリリースが及ぼす影響を知りたい場合があります。前進します。摩擦力が存在しない宇宙では、反動速度が重要な量です。反動速度を見つけるために運動量保存の法則を適用します。この法則は、ニュートン法則に由来しています。
TL; DR(長すぎる;読まなかった)
ニュートンの運動の法則から導出された運動量保存の法則は、反動速度を計算するための簡単な方程式を提供します。放出された物体の質量と速度、および反跳物体の質量に基づいています。
運動量保存の法則
ニュートンの第三法則は、加えられたすべての力には等しく反対の反作用があると述べています。この法則を説明するときによく引用される例は、レンガの壁に衝突するスピード違反の車の例です。車は壁に力をかけ、壁は車を押しつぶす相互力をかけます。数学的には、入射力(F私)相互力(FR)そして反対方向に作用します:F私 =-FR.
ニュートンの第二法則は、力を質量時間加速として定義しています。加速度は速度の変化(∆v÷∆t)であるため、力はF = m(∆v÷∆t)で表すことができます。これにより、第三法則をmに書き換えることができます。私(∆v私 ÷∆t私)= -mR(∆vR ÷∆tR)。相互作用では、入射力が適用される時間は、相互力が適用される時間に等しいため、t私 = tR そして、時間を方程式から外すことができます。これは去ります:
m私∆v私 = -mR∆vR
これは運動量保存の法則として知られています。
反跳速度の計算
典型的な反動の状況では、小さな質量のボディ(ボディ1)の解放は、大きなボディ(ボディ2)に影響を与えます。両方の物体が安静から始まる場合、運動量の保存の法則はm1v1 = -m2v2。反動速度は通常、ボディ1のリリース後のボディ2の速度です。この速度は
v2 =-(m1 ÷m2)v1.
例
この問題を解決する前に、すべての量を一貫した単位で表現する必要があります。 1粒は64.8 mgに等しいため、弾丸には質量(mB)9,720 mg、または9.72グラム。一方、ライフルは質量(mR)3,632グラム(ポンドは454グラムです)。ライフルの反動速度を簡単に計算できるようになりました(vR)フィート/秒:
vR =-(mB ÷mR)vB =-(9.72 g÷3,632g)•2,820 ft / s = -7.55 ft / s。
マイナス記号は、反動速度が弾丸の速度と反対方向であることを示します。
重みは同じ単位で表されるため、変換の必要はありません。フリゲートの速度を単にvとして書くことができますF =(2÷2000)•15 mph = 0.015 mph。この速度は小さいですが、無視できません。 1分あたり1フィートを超えます。フリゲートがドックの近くにある場合は重要です。