Исследование упругих свойств традиционного лука

Исследование упругих свойств традиционного лука

Работу подготовили

Абдуллаев Амир Б02-884

Лагуткина Александра Б02-886

Цель работы

Исследовать упругие свойства лука.

Оценить потенциальную энергию лука при натяжении и кинетическую энергию стрелы при попадании в мишень.

Оценить коэффициент полезного действия лука.

Оборудование

Лук Bearpaw Sniper, Стрелы (3 шт), Блок-мишень, Подвес, Линейка (40 см), Линейка (1 м), Камера (120 к/с), Динамометр МЕГЕОН 04300, Электронные весы, Программное обеспечение

План работы

1) Измерить массу трёх стрел, используемых в эксперименте

2) Измерить массу блока-мишени

3) Измерить длину подвеса и параметры блока-мишени

4) Измерить потенциальную энергию лука при различном растяжении Еп

5) Измерить угол отклонения подвеса мишени от вертикали при попадании стрелы

6) Оценить кинетическую энергию стрелы при попадании в мишень Ек

7) Найти отношение Ек/Eп 

8) Оценить погрешности измерений

Экспериментальная  установка

Параметры установки

Высота и ширина блока: a=46 см         

Толщина блока: d=9 см

Длина подвеса : L0=163 см

Длина подвеса до центра масс блока: L=186 см

Масса блока: M=3 кг

Измерение потенциальной энергии производилось следующим образом:

-оттягивали тетиву динамометром

-фиксировали показания динамометра через каждые 5 сантиметров растяжки в диапазоне от 5 до 60 см (не считая базы лука)

-используя закон Гука, для каждого растяжения находили коэффициент упругости                           ,

 который изменялся с увеличением деформации

Предположительно коэффициент жёсткости лука убывает при увеличении длины растяжки из-за удаления моментальной точки искривления лука по направлению от рукояти к плечам. Лук Bearpaw Sniper является композитным изделием из разных слоёв древесины. Рукоять и область рядом с ней сделана из жёсткого дерева американского ореха, а плечи сделаны из гибкого клёна. К тому же, при удалении от рукояти плечо лука становится уже. Всё это приводит к тому, что при увеличении растяжки коэффициент жесткости k убывает.

При помощи программы OriginPro2015 нам удалось найти зависимость

И тогда выражение для потенциальной энергии лука принимает вид

Измерение кинетической энергии

• Удар считаем неупругим

• ЗСИ в момент удара

• ЗСЭ после удара  ,

где    

Для кинетической энергии имеем выражение:

Вывод:

В ходе данной работы нам удалось исследовать и объяснить упругие свойства лука, а именно: исследовать зависимость коэффициента жёсткости лука k от длины натяжения тетивы x:

Также нам удалось вычислить коэффициент полезного действия лука, который при боевом натяжении x=75см составил η=(45±11)%. Погрешность при данном натяжении составила ε=25%.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману