Когда-то в школьном учебнике по физике я встретил задание - описать физическую модель лука. Не знаю, какой ответ планировали получить составители, поскольку, как вы увидите далее в посте, лук - не такая уж простая вещь.
Допустим, мы хотим сделать лук. И не просто лук, а хороший лук. Первое, чем мы озаботимся - это чтобы он был тугим.
Оно и понятно - чем лук туже, чем сильнее он будет толкать стрелу. Конечно, и растягивать его будет сложно... Но это уже вопрос тренировки.
На первый взгляд все просто - надо взять палку потолще. Однако давайте посмотрим на лук в боковой проекции:
И теперь его натянем:
Несложно заметить, что внешняя сторона растягивается, внутренняя - сжимается. И этот эффект тем сильнее, чем толще у нас лук:
Дерево может упруго деформироваться - как растягиваться, так и сжиматься - лишь до какой-то степени. После этого на внешней стороне волокна начнут лопаться, а на внутренней пойдут "волной". Разумеется, это никуда не годится.
Не растягивать далеко лук мы не можем - нам надо чтобы сила действовала как можно дольше. Какой остается выход? Сделать сам лук как можно длиннее, чтобы искривление было не столь заметным:
Так получается длинный лук. Наиболее знамениты английские longbow 13-14 века, но в общем-то длинные луки известны еще с палеолита. Оно и понятно - взять палку подлиннее это не бог весть какое изобретение.
Лук с перевала Шнидейох (Альпы) датирован 2900-2700 до н.э. Длина 162 см - вполне себе лонг, учитывая средний рост в то время.
Однако у длинного лука есть ряд недостатков, самый существенный из которых - сложность использования верхом.
Японцы сделали хитрый лук с плечами разной длины - короткое нижнее и длинное верхнее:
А вот среднеазиатские степняки пошли другим путем, изобретя композитный лук. Внешняя сторона состояла из животных жил, которые хорошо тянутся, а внутренняя - из рога или костей, которые лучше сжимаются. Непонятно, что именно послужило причиной такого изобретения - желание усилить лук или необходимость снизить количество дефицитного дерева. Но как бы то ни было, в итоге удалось получить достаточно мощный, при этом компактный лук.
Первые композитные луки стали известны еще во времена скифов, а восходят и вовсе к неолиту. Но его эволюция шла все время существования, так что монгольский или турецкий лук был гораздо более развитым, чем скифский.
Слева монгольский лук, справа - более ранний гунский
Несложно заметить, что степной лук характерен не только строением, но и особой формой, включающий обратный изгиб. В лучной терминологии такой лук называют рекурсивным. Зачем это надо? Давайте разбираться.
Если мы возьмем прямой (обычный) лук и начнем его натягивать, то прилагаемая сила будет расти. Проще говоря, чем сильнее растягиваем, тем сложнее это делать. Можно нарисовать график:
Так вот, выполненная работа или, что то же самое, накопленная потенциальная энергия - это площадь под графиком:
Вообще это называется определенный интеграл, но я не хочу распугивать читателей :)
Как мы видим, в картина далеко не оптимальна. Идеалом было бы вот так:
Получается, нам нужен лук, у которого прилагаемое усилие одинаково на всем протяжении.
Именно этого пытается добиться рекурсивный лук. Когда мы его тянем, сначала сгибается центральная часть. Потом, по мере увеличения усилия на центральной части и изменения угла тетивы начинают сгибаться плечи и в конце - самые концы.
Таким образом, прилагаемая сила изменяется в меньших пределах и график становится ближе к оптимуму:
В результате рекурсивный лук при том же усилии натяжения будет эффективнее.
Да и просто натягивать лук с более-менее постоянной силой, по моему скромному лучному опыту, как-то приятнее. Впрочем, возможно это дело вкуса.
Давайте теперь посмотрим, что произойдет, когда мы спустим тетиву. Часть потенциальной энергии перейдет в кинетическую стрелы, но вся ли?
К сожалению, нет. Даже если пренебречь такими потерями как нагрев, звук, усталость материала, есть чисто-механические потери. Дело в том, что после сброса тетивы лук распрямляется, т.е. плечи лука приходят в движение. Перемещение = работа = потеря энергии.
В этом смысле чем легче плечи лука и чем меньше они двигаются, тем меньше будет потерь драгоценной потенциальной энергии и тем больше ее перейдет в движение стрелы.
Но и это еще не все. Помните, в прошлой статье обсуждалось, что ручное метание предметов имеет ограниченную скорость, так быстрее руки снаряд не полетит?
С луком та же проблема. Скорость распрямления хоть и большая, но все же ограниченная. И быстрее стрелу разогнать не выйдет, сколь бы мощный лук у нас не был.
Обе указанные проблемы решает блочный лук:
Во-первых, большая часть лука статична, сгибаются только самые концы плечей - а значит, меньше потерь на распрямление.
Во-вторых, блоки позволяют стреле получить скорость в несколько раз превышающую скорость распрямления плечей. Это работает как полиспаст, только наоборот - засчет проигрыша в силе получаем прирост в скорости.
Ну и попутно решается также проблема постоянной силы натяжения.
На современных блочных луках есть масса приспособлений, облегчающих прицеливание и стрельбу: полочка, релиз (устройство спуска тетивы), прицельная планка, всевозможные виброгасители... Это позволяет современным спортсменам показывать результаты, которые скорее всего и не снились историческим "Робин Гудам". Впрочем, и на историческое оружие данный спортивный снаряд похож лишь отдали.
Так как тема неожиданно зашла, думаю рассмотреть еще парочку видов оружия. А на сегодня все, спасибо за внимание.
В очередной ветке обсуждения лучшего способа соединения проводов (один из вечных «холиваров») встретился вот такой специалист:
UPD есть вопросы: #comment_243710710
_________________________
👨🔬Ландау, Сахаров и Капица могли бы гордиться нашим новым поколением молодых ребят, потому что все российские участники международной олимпиады по физике второй год подряд заняли первое место! 🥇
С радостью поздравляем! Честь и хвала нашим юным физикам!👏
С прошедшим днем преподавателя высшей школы. Оказывается и такое бывает.
Российские школьники завоевали пять золотых медалей. Ученики обновили рекорд выступлений прошлого года, когда каждый участник команды также завоевал золото. Россию представляли Матвей Князев из физтех-лицея им. П. Л. Капицы, Николай Кононенко из школы №57 в Москве, Артемий Новиков из Бауманской инженерной школы №1580, Денис Исмагилов из физтех-лицея им. П. Л. Капицы и Данила Самоделкин из московской школы №2007 ФМШ.
В этом году соревнования принимал Вильнюсский университет, но из-за пандемии, как и в прошлом году, страны участвовали дистанционно, российская сборная — на базе Московского физико-технического института.
Олимпиада состояла из двух туров, которые прошли 19 и 21 июля. На них участники решали теоретические и практические задачи по физике. Всего в олимпиаде приняли участие более 450 школьников из 90 стран мира
https://rg.ru/2021/07/23/rossijskie-shkolniki-vziali-vse-zol...
Рассказал писатель Андрей Рубанов, сидевший во второй половине 90-х.
"А вот ещё помню был случай.
Сидим мы как-то в следственной тюрьме «Матросская тишина». Лето, очень жарко. На 32 места - около 150 человек. К забортной температуре прибавляем 15 градусов, то есть если на улице +30, то в камере +45, и абсолютная влажность, от телесных испарений и дыхания. И вдобавок все курят, хотя от сырости сигареты с трудом горят. Все - в трусах. Пожилые, кто со слабым сердцем, падали в обморок, их за руки, за ноги выносили в коридор, с разрешения надзирателей, и там на прохладный кафельный пол клали, чтоб оклемались. Вентиляция не работала, но было разрешено принимать от родственников вентиляторы. Скинулись мы, у кого в семьях были деньги, затянули в камеру четыре больших офисных напольных вентилятора. Включили - ещё хуже стало. Но нашлись среди арестантов инженеры, и даже один авиастроитель с дипломом МАИ, они сказали: а вы неправильно делаете. Не надо поток воздуха себе в морду направлять. Наоборот, надо всю технику поднять на окна, и установить строго на вытяжку, чтобы плохой воздух выгонять, а хороший, свежий - сам заползёт. Потому что убивает не жара, а сырость и недостаток кислорода. Так мы и сделали. В то лето надзиратели корпусные, если к нам заходили, с уважением говорили, что на нашем этаже у нас самая прохладная камера.
С тех пор я инженеров ещё больше зауважал.
Не болейте, берегите себя."
Пока все наблюдали за бессмысленным песенным шоу и обсуждали Манижу, действительно важное событие осталось за кадром: российские школьники установили рекорд на Азиатской физической олимпиаде в Тайване, завоевав 8 золотых медалей. Вот имена людей, представляющих Россию, за которых мы должны были болеть:
Денис Исмагилов
Матвей Кенязев
Николай Кононенко
Артемий Новиков
Данила Самоделкин
Матвей Федин
Дмитрий Хватов
Тренер: Артем Воронов
Руководители команды: Виталий Шевченко и Юрий Скаков.
В интернете столько идиотов, не знающих элементарную школьную программу, верят в чипирование, 5g..
Смешно подумал я:
Стою на перекрёстке, никого не трогаю, начиналась гроза и уже полил дождь. Сверкнуло так, будто кто-то фотографирует меня со вспышкой лицо, и почти сразу - гром.
Рядом, открывая зонт, подходит женщина (Ж) неопределенного возраста, и говорит:
(Ж): Отлично! Километров 10 от нас. Далеко эпицентр.
(Я): (интересуюсь) Почему 10 км?
(Ж): Потому что, чем раньше гром слышен после молнии, тем дальше эпицентр.
(Я): Так ведь... скорость звука...
(Ж): Прием тут скорость звука?!
(Я):
Теперь мне не смешно.
