同样的道理,电影与游戏中所展现的大型投石机,与传统的旧式弹射器相比,也有着本质上的不同。
投石机,从本质上来说,是一种巨大的吊索装置,而平衡投石机,则巧妙地运用了杠杆和力矩的物理机制。
就拿普通弹射器的运作原理来讲,首先需要拉回木臂,由于木臂与一根由扭曲的、精心加工过的动物筋腱制成的电缆相连,木臂在被拉动的过程中,会对这根“动物筋腱”产生一种拉力,而这根“动物绳”则会如同橡皮筋一般,凭借自身的弹性抵抗这种拉力,进而在拉伸的过程中,将势能储存于自身。
随后,当突然松手的瞬间,“筋腱绳”会以极快的速度弹回原位,瞬间将储存的所有势能转化为动能。
而与绳子相连的木臂,也会在这股强大力量的作用下,被拉回原位,从而将放置在臂篮里的石头,高高地抛向空中……
当然,这只是弹射器基本的运作机制,在实际应用中,可能还存在许多不同的版本。
比如说,有一种相对简单的方法,无需采用拉伸和弯曲附着在手臂上的动物筋腱这种复杂的机制,而是直接利用木材本身的弹性,将整个木臂弯曲,使其成为储存势能的容器。
这种原理,与我们许多人在学生时代课堂上玩过的小游戏颇为相似。大家应该都有过这样的经历,拿一把钢尺或者塑料尺,在一端放置一个小纸球,然后用力弯曲这把尺子,使其形成一定的弧度,再突然松开,尺子便会迅速弹回原位,小纸球也会随之被弹射出去。
为了实现这一效果,这种弹射器的臂通常选用质地特别柔软的木材,像是松木或者冷杉。经过一系列适当的修饰与处理之后,这些木材能够弯曲成几乎完整的拱形,其弹性之好,就仿佛是用橡胶制成的一般,充分展现出某些木材令人惊叹的固有弹性。
这种简单的弹射器设计,在很大程度上是为了节省金钱与材料。毕竟,制作动物筋腱不仅难度极大,而且其使用寿命也相当有限。在经过一定次数的发射之后,就必须对其进行更换。
而木制的“弹簧武装”弹射器则截然不同,它不仅更加耐用,而且在出现损坏需要更换部件时,也更为便捷。更值得一提的是,它的设计与构造相对简单得多。
例如,“弹簧武装”弹射器只需通过手动“装载”即可。具体操作方式为,通常会有一群人合力拉动连接在臂上的绳子,当绳子被拉到一定程度,木臂弯曲到合适的角度时,便松开绳子,石头便会如离弦之箭般飞射而出。
这种简单的操作方式,使得“弹簧武装”弹射器的体积相对更小,在运输过程中也更加方便。
与之相比,筋腱弹射器则显得更为庞大且复杂。
要制作这样一台弹射器,首先必须搭建一个结构复杂的框架,用于容纳木臂和绳索,并且要确保它们都能准确无误地固定在相应的位置。
其次,在弹射器的背部,还需要安装一个类似绞盘的装置,用于弯曲木臂。这是因为仅靠人力,根本无法将筋绳拉伸到极限状态。
这种绞盘,有点类似于拖车所使用的绞盘,它是一个钢制的圆筒,在其两端分别设有辐条或者孔。炮兵在操作时,可以通过手动旋转辐条,或者将一根木棍插入绞盘的孔中,并将其当作杠杆来使用,从而带动绞盘旋转。
无论采用哪种方式,最终都会使得绑在手臂上的绳子被逐渐卷起,装有石头的篮子也会随之被拉回,与此同时,绑在另一只手上的筋绳也会被拉伸。
然而,这种复杂结构虽然带来了更远的射程和更强的有效载荷能力,但也存在着明显的缺点。制造优质金属绞盘以及其他相关结构,不仅需要耗费大量的成本,还对工匠的技艺有着极高的要求。