¿Por qué el rango vs ángulo de lanzamiento de un proyectil es una parábola?

El movimiento de un proyectil está compuesto por un movimiento horizontal uniforme y un movimiento vertical uniformemente acelerado.

Considerando [math] \ vec {V_0} [/ math] la velocidad de lanzamiento, si [math] \ alpha [/ math] es el ángulo que este vector forma con el eje horizontal, entonces su componente horizontal es

[matemáticas] V_ {0x} = V_0 \ cos \ alpha [/ matemáticas]

y su componente vertical es

[matemáticas] V_ {0y} = V_0 \ sin \ alpha [/ matemáticas]

donde [math] V_0 [/ math] es la magnitud de la velocidad inicial.

Entonces, considerando la ecuación de espacio vs. tiempo de un movimiento uniforme y acelerado uniformemente, tenemos para las coordenadas del proyectil

[matemáticas] x (t) = V_0 \ cos (\ alpha) t [/ matemáticas]

[matemáticas] y (t) = V_0 \ sin (\ alpha) t – {1 \ over 2} gt ^ 2 [/ matemáticas]

El tiempo que el proyectil vuelve a caer a la tierra, se puede encontrar igualando la segunda ecuación a 0, entonces tenemos

[matemática] y (t) = 0 \ rightarrow V_0 \ sin (\ alpha) t = {1 \ over 2} gt ^ 2 [/ math]

que tiene dos soluciones [matemáticas] t = 0 [/ matemáticas], cuando se lanza el proyectil y [matemáticas] t = 2 \, V_0 {{\ sin (\ alpha)} \ over {g}} [/ matemáticas] cuando el proyectil vuelve a caer a la tierra.

Si sustituimos el último valor en la primera ecuación, obtenemos el rango en función del ángulo que es:

[matemáticas] x = 2 {{V ^ 2_0} \ over g} \ cos (\ alpha) \ sin (\ alpha) [/ math]

Parece una parábola pero de hecho no lo es

Supongo que se refiere a la parábola de la seguridad. Esta curva es la envoltura de todas las trayectorias posibles, en sí mismas parábolas. Se necesita un poco de cálculo diferencial para establecer eso.

En unidades reducidas, la ecuación de una trayectoria es

[matemáticas] y = x \ tan \ theta-x ^ 2 \ sec ^ 2 \ theta [/ matemáticas]

Para obtener el sobre, elimine [math] \ theta [/ math] entre la trayectoria y la derivada de la trayectoria en [math] \ theta [/ math],

[matemática] 0 = x \ sec ^ 2 \ theta-2x ^ 2 \ sec ^ 2 \ theta \ tan \ theta [/ math]

y después de eliminar ot [math] \ theta [/ math],

[matemáticas] y = \ dfrac14-x ^ 2 [/ matemáticas].

Porque la aceleración en forma de gravedad es una parábola. En gravedad cero, el proyectil iría en línea recta a velocidad constante. Sin embargo, dado que la gravedad está en metros / segundos cuadrada, su trayectoria es una curva de segundo orden hacia el suelo.

El vuelo tiene dos componentes, horizontal y vertical. La distancia horizontal, sin tener en cuenta la resistencia del aire, es constante, Vx = V0 t cosθ, donde V0 es la velocidad inicial a lo largo del ángulo de lanzamiento θ. La velocidad vertical es Vy = V0 t senθ -½gt², donde t es el tiempo transcurrido, y g es la aceleración de la gravedad. Las ecuaciones cuando se combinan y se cancela t forman la forma de una parábola.