作者：***
来源：《科学与财富》2020年第09期
摘 要：通过建立数学模型和进行物理试验两种方法，分别研究了不同重量的子弹在不同长度的吹管内的运动规律，两者的V-X曲线图高度相似，实际测量值略小于模型计算值。发现在子弹重量适中情况下，即在吹管管径为15毫米，子弹重量为2.6克，吹管长度为1.4米的时候，能获得8.12米/秒的最大出射速度。
关键词：吹管;子弹;重量;长度;出口速度
引言
吹箭是一种古老的武器，南美土著人常用它捕食小型猎物。吹箭以人的吹气为动力，在近距离内有较大杀伤力。吹箭种类较多，长短不一，管径也不尽相同。吹箭的子弹也多种多样，因为重量不同，射程远、近就会不同，杀伤力也不尽相同。土著人常使用的长吹箭往往搭配较重的子弹，而爱好者们为了安全起见，玩的短吹箭往往搭配较轻的子弹，此论文分别对吹箭的长度和子弹的重量进行了研究，从而出一些吹箭的运动规律。
一、研究过程介绍
（一）建立模型，通过理论计算，得出子弹的运动V-X函数。
（二）设计实验，得出吹箭在不同长度和子弹质量的搭配下子弹的射出速度。
（三）对比试验数据和理论计算结果，进一步研究子弹的真实运动规律。
二、理论模型的建立
（一） 各个常数的测定
（1）体积常数α的测定
肖然 在一个压瘪的袋子里猛吹一口气，用秒表纪录吹气时间。將袋子封口，然后放入一个盛满水的容器里，溢出的水体积就是吹气的体积，经过多次试验，得到如下数据：α=5.6745L/s。
（2）常数 的测量
（3）吹管壁摩擦阻力的测试
设该摩擦阻力为f0 ，设计如下装置进行f0 的测量：在吹管里匀速拉动子弹，弹簧的测力计示数F即为摩擦阻力f0 ，即F=f0。测量结果约为F=0.12N。
（二） 模型设计和计算
（1）模型一
设人的吹气速率不变，为α 。子弹位于X处时，
由此公式计算出一组数据如图1。
三、实验方法和数据
（一）实验一
器材：长度2米管径15毫米的吹管，2.6克的子弹，小钢锯，木锉，测速仪等。
方法：首先用小钢锯把2米的吹管锯成1.91米的长度，使用木锉磨平管口，同一个人使用同样的吹气速率吹出子弹，在吹管的出口使用测速仪测出子弹的速度，记录在一张V-X图上。然后依次锯短吹管，并磨平管口，再次进行吹箭测试。测得的数据见图2。
对比实验结果图2和由模型三计算所得的图1，可以发现当吹管长x<50厘米时实测图像与模型图像极为相似，唯一的区别就是实测数据的速度值都略低于模型计算数据的速度值，故当吹管长x<50厘米时，可近似认为子弹受力恒定，同时也说明建立的吹剪模型数据基本合理。
在数据中我们可以发现并不是吹管越长子弹射速越快，子弹较轻时会在吹管末端出现减速，而重量较大的子弹会出现末端加速度不明显的现象，只有重量适中时，速度才会持续增加。这是为什么呢？吹管长x>50厘米时子弹的运动情况是什么的呢？为此我们进行了下面的实验。
（二）实验二
使用内径为15毫米的吹管，通过改变子弹的重量，并测出各重量的子弹在不同长度吹管中的速度。
实验方法：
器材：内径15毫米的吹管，制作5根不同长度的吹管，分别是0.6、0.8、1.0、1.2和1.4
米长的吹管。制作5种重量的子弹，分别为2.5、2.6、2.7、2.8和2.9克的子弹，测速仪等。
方法：每种子弹，在同一管长的吹管里，都进行吹箭试验，同一个人使用同样的吹气速率吹出子弹，在吹管的出口使用测速仪测出子弹的速度，记录在一张表上，测得的数据见图3。
发布评论