真实世界弹弓的物理建模以实现准确的速度预测
摘要：乳胶橡皮弹弓的物理学和建模讨论。目标是在考虑到力漂移、力滞后、橡胶老化和弹弓橡胶带的非线性、非理想的力与拉伸距离曲线的实际困难的情况下，获得准确的速度预测。众所周知，当橡胶带锥形而不是宽度和刚度恒定时，弹弓发射速度更快。我们提供这种效应的定性理解和数值预测。我们考虑两种模型。第一种基于能量守恒定律，实施起来更简单，但不能在不做出假设的情况下确定橡胶带上的速度。第二种将橡胶带视为一系列质点，受到相邻质点施加的力的牵引，取决于橡胶在两侧的拉伸程度。这是一个经典的多体 F=ma 问题，但收敛需要使用特定的数值技术。它提供准确的预测结果（平均误差+2\%，标准差为3\%）。这些模型的基础是拉力与拉伸距离的测量。我们将展示如何对这种测量进行缩放，以增加宽度或长度，从而减少对模型的最小校准测量需求。有了一个良好的弹弓物理模型，可以轻松测试一系列参数，以确定在给定的拉力和拉长长度下如何获得最快的射击速度。我们还包括了针对流行的弹弓橡胶带和管的计算示例。
作者：Bob Yeats
论文ID：1604.00049
分类：Popular Physics
分类简称：physics.pop-ph
提交时间：2016-04-04