Übertragung zwischen translatorischer KE und rotatorischer KE in einem starren Körper

Ich wurde von einigen Sci-Fi-Kanonen inspiriert, die zu funktionieren scheinen, indem sie zunächst ein Projektil in der Kanone aufwirbeln und dann plötzlich das Projektil mit hoher Geschwindigkeit abfeuern. Jetzt frage ich mich, ob es möglich ist, dass eine solche Kanone praktisch funktioniert.

Aus energetischer Sicht scheint es also, dass diese hypothetische Kanone in der Lage ist, Arbeit an diesem Projektil zu leisten, indem sie es mit einem Drehmoment in Drehung versetzt, und diese Arbeit erhöht die Rotations-KE.

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Dann gibt es einen unbekannten Prozess, der die Übertragung von Rotations-KE in Translations-KE bewirkt, wodurch das Projektil mit einer bestimmten Geschwindigkeit abfliegt.

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Es scheint, dass die Aufdrehfunktion der Kanone eine interessante Möglichkeit wäre, die KE der Kanonenkugel aufzubewahren und feuerbereit zu machen. Obwohl translative KE und rotatorische KE beide KE sind, die gleiche Art von Energie, sieht es so aus, als ob zusätzliche Arbeit geleistet werden muss, um zwischen beiden Arten von KE zu übertragen. Um dies zu tun, sieht es so aus, als müssten Sie durch Anwendung des Prinzips der Superposition die Effekte des Rückgängigmachens des Spins mit einem umgekehrten Drehmoment kombinieren und dann in kurzer Zeit eine Kraft in Richtung des Kanonenschusses aufbringen . Scheint dieses scheinbare Zurückverfolgen der Arbeit nicht ineffizient zu sein und das Hochdrehen des Projektils zu einer Verschwendung von Ressourcen zu machen? Gibt es wirkliche, praktische Mechanismen, die besonders gut bei der Umwandlung von Rotations-KE in Translations-KE funktionieren?

Kurz gesagt, kann es eine praktische Anwendbarkeit in einer Kanone geben, die zunächst ihre Projektile hochwirbelt?

Ist es nicht wie ein Zyklotron? en.wikipedia.org/wiki/Cyclotron
Ich denke, es wird kein Rückdrehmoment geben. Der "Hammerwurf" ist ein ähnliches Beispiel.
Ist das wirklich ein angemessenes Beispiel? Bewahrt der Hammerwurf nicht lediglich die lineare Geschwindigkeit, die der „Hammer“ zum Zeitpunkt der Freigabe hatte, und wandelt er nicht tatsächlich die Rotationsenergie in kinetische Energie um?

Antworten (1)

In Ihrem Kanonenfeuermechanismus wäre es einfach, etwas zu konstruieren, um die Kanonenkugel zu beschleunigen, aber es gibt immer noch die Tatsache, dass der Massenmittelpunkt der Kanonenkugel in Bezug auf die Kanone in Ruhe ist. Wenn Sie Schießpulver oder einen anderen herkömmlichen Zündmechanismus verwenden, wäre es fast irrelevant, ob sich die Kanonenkugel dreht oder nicht, da sie auf eine Geschwindigkeit beschleunigt würde, die von der aufgebrachten Kraft abhängt. Tatsächlich gilt dies für elektromagnetische oder andere Kräfte (die Sie vielleicht in Science-Fiction sehen). Ich sage fast, weil eine sich drehende Kanonenkugel mehr Energie liefern würde, wenn sie vollständig zur Ruhe kommt. Es gibt ein paar einfache Möglichkeiten, die kinetische Rotationsenergie in Translationsenergie umzuwandeln. Sie sind:

  1. Reibung: Dies ist zweifellos der einfachste Weg. Wir lassen einfach die Unterseite unseres sich drehenden Projektils den Boden des Kanonenrohrs berühren und lassen es herausrollen. Es ist offensichtlich völlig unpraktisch, und ich habe es nur der Vollständigkeit halber aufgeführt.

  2. Federn oder Saiten: Dies ist nur eine Idee. Rotationsenergie durch die Verwendung von Fäden könnte möglicherweise verwendet werden, um eine Feder zusammenzudrücken. Dies würde dann dazu übergehen, dasselbe Projektil (oder ein anderes) zu starten. Sie könnten auch ein elastisches Schnürsystem für den gleichen Zweck verwenden.

3. Rillen: Wir könnten kompatible Rillen auf dem Projektil und dem Lauf der Kanone bauen. Die Kanonenkugel muss für die beste Effizienz in eine raketenähnliche Form gebracht werden. Nachdem das Projektil in den Lauf geladen wurde, wird das Projektil auf die gleiche Weise, wie eine Schraube beim Drehen nach vorne getrieben wird, wegen der Rillen nach vorne geschossen. Dies ist weitaus praktischer als die beiden anderen Optionen.

Denken Sie daran, dass selbst in einer futuristischen Kanone entweder Kontraktionskräfte oder elektrostatische, magnetische Kraft verwendet werden müssten. (Es sei denn, Sie möchten sich drehende subatomare Teilchen abschießen, in diesem Fall könnten Sie die schwache Kernkraft verwenden). Wenn wir Magnetkraft verwenden:

Sie könnten hypothetisch eine massive Kugel aus geschmolzenem Metall haben, die sich so schnell dreht, dass sie ein Magnetfeld erzeugt (wie der Erdkern). Wenn wir dann Drähte um den Kanonenlauf wickeln, die ausreichend Strom führen, würde die geschmolzene Masse beschleunigt. Das wäre eine ziemlich tödliche Waffe.

Die einzige praktische Anwendung, die mir einfällt, ist, dass rotierende spitze Projektile wie Raketen aerodynamisch stabiler sind als nicht rotierende.

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