La balística és la ciència del moviment, el vol i els efectes dels projectils. Es divideix en diverses disciplines. La balística interna i externa s'ocupa del moviment i vol dels projectils. La transició entre aquests dos modes s'anomena balística intermèdia. La balística terminal es refereix a l'impacte dels projectils, una categoria separada cobreix el grau de dany a l'objectiu. Què estudia la balística interna i externa?
Pistoles i míssils
Els motors de canó i coets són tipus de motors tèrmics, que en part converteixen l'energia química en propulsor (l'energia cinètica d'un projectil). Els propulsors es diferencien dels combustibles convencionals perquè la seva combustió no requereix oxigen atmosfèric. En una mesura limitada, la producció de gasos calents amb combustible combustible provoca un augment de la pressió. La pressió impulsa el projectil i augmenta la velocitat de combustió. Els gasos calents tendeixen a erosionar el canó o la gola de la pistolacoets. La balística interna i externa d'armes lleugeres estudia el moviment, el vol i l'impacte que té el projectil.
Quan s'encén la càrrega de propel·lent a la cambra de la pistola, els gasos de combustió són frenats pel tret, de manera que s'acumula la pressió. El projectil comença a moure's quan la pressió sobre ell supera la seva resistència al moviment. La pressió continua augmentant durant una estona i després baixa a mesura que el tir accelera a gran velocitat. Aviat s'esgota el combustible de coets combustible ràpid i, amb el temps, el tret s'expulsa de la boca: s'ha aconseguit una velocitat de tir de fins a 15 quilòmetres per segon. Els canons plegables alliberen gas per la part posterior de la cambra per contrarestar les forces de retrocés.
Un míssil balístic és un míssil que es guia durant una fase activa inicial relativament curta de vol, la trajectòria del qual es regeix posteriorment per les lleis de la mecànica clàssica, a diferència, per exemple, dels míssils de creuer, que són guiats aerodinàmicament en vol. amb el motor en marxa.
Trajecte de tir
En balística externa i interna, la trajectòria és el recorregut d'un tir subjecte a la gravetat. Sota l'única influència de la gravetat, la trajectòria és parabòlica. Arrossegar frena el camí. Per sota de la velocitat del so, l'arrossegament és aproximadament proporcional al quadrat de la velocitat; La racionalització de la cua només és efectiva a aquestes velocitats. A altes velocitats, una ona de xoc cònica prové del morro del tret. La força de tracció, quedepèn en gran mesura de la forma del nas, sent el més petit per a traços de punta fina. L'arrossegament es pot reduir ventilant els gasos del cremador a la cua.
Les aletes de cua es poden utilitzar per estabilitzar projectils. L'estabilització posterior proporcionada pel roscat indueix una oscil·lació giroscòpica en resposta a les forces aerodinàmiques del tambor. No hi ha prou gir permet caure i massa evita que el nas s'enfonsi mentre es desplaça al llarg de la trajectòria. La deriva del tir es deu a l'ascensor, a les condicions meteorològiques i a la rotació de la Terra.
Resposta d'impuls
Els coets es mouen en resposta a un impuls de sortida de gas. El motor està dissenyat de manera que les pressions generades siguin gairebé constants durant la combustió. Els coets estabilitzats radialment són sensibles als vents creuats, dos o més jets de motor inclinats lluny de la línia de vol poden proporcionar estabilització de gir. Els objectius solen ser durs i s'anomenen gruixuts o prims segons si l'impacte del tret afecta el material subjacent.
La penetració es produeix quan les intensitats d'estrès d'impacte superen el límit de fluència de l'objectiu; provoca fractures dúctils i trencadisses en objectius prims i flux de material hidrodinàmic en objectius gruixuts. En l'impacte, es pot produir una fallada. La penetració completament a través de l'objectiu s'anomena perforació. Les trampes d'armadura avançada detonen un explosiu comprimit contra un objectiu o enfocan explosivament un raig de metall sobre ell.superfície.
Grau de dany local
La balística interna i externa d'un tret està relacionada principalment amb els mecanismes i les conseqüències mèdiques de les lesions causades per bales i fragments explosius. En penetrar, l'impuls transmès als teixits circumdants genera una gran cavitat temporal. El grau de dany local està relacionat amb la mida d'aquesta cavitat de transició. L'evidència suggereix que la lesió física és proporcional a la velocitat del cub, la massa i l'àrea de la secció transversal del projectil. La investigació sobre armadures té com a objectiu prevenir la penetració dels projectils i minimitzar les lesions.
Balística externa i interna - és l'àmbit de la mecànica que s'ocupa del llançament, vol, comportament i efectes de projectils, especialment bales, bombes no guiades, coets i similars. és una mena de ciència o fins i tot art de dissenyar i accelerar projectils per aconseguir el rendiment desitjat. Un cos balístic és un cos amb impuls que pot moure's lliurement, subjecte a forces com ara la pressió del gas en una pistola, estries en un canó, la gravetat o la resistència aerodinàmica.
Història i antecedents
Els primers projectils balístics coneguts eren pals, pedres i llances. L'evidència més antiga de projectils amb punta de pedra, que es poden carregar o no amb un arc, es remunta a 64.000 anys.fa, que es van trobar a la cova de Sibudu, a Sud-àfrica. Les proves més antigues de l'ús d'arcs per al tir es remunten a uns 10.000 anys.
S'han trobat fletxes de pi a la vall d'Ahrensburg al nord d'Hamburg. Tenien solcs poc profunds a la part inferior, cosa que indica que els van disparar des d'un arc. L'arc més antic que encara s'està restaurant té uns 8.000 anys i es va trobar al pantà de Holmegard a Dinamarca. Sembla que el tir amb arc va arribar a les Amèriques amb la tradició de les petites eines àrtiques fa uns 4.500 anys. Els primers dispositius identificats com a eines van aparèixer a la Xina cap a l'any 1000 dC. i al segle XII la tecnologia s'havia estès per Àsia i Europa al segle XIII.
Després d'un mil·lenni de desenvolupament empíric, la disciplina de la balística, externa i interna, va ser estudiada i desenvolupada originalment pel matemàtic italià Niccolo Tartaglia el 1531. Galileu va establir el principi del moviment compost el 1638. El coneixement general de la balística externa i interna va ser posat sobre una sòlida base científica i matemàtica per Isaac Newton amb la publicació de Philosophia Naturalis Principia Mathematica el 1687. Això va donar les lleis matemàtiques del moviment i la gravetat, que per primera vegada van permetre predir trajectòries amb èxit. La paraula "balística" prové del grec, que significa "llençar".
Projectils i llançadors
Projectil: qualsevol objecte projectat a l'espai (buit o no) quanaplicació de la força. Encara que qualsevol objecte en moviment a l'espai (com una bola llançada) és un projectil, el terme més sovint es refereix a una arma a distància. Les equacions matemàtiques del moviment s'utilitzen per analitzar la trajectòria del projectil. Alguns exemples de projectils inclouen boles, fletxes, bales, obusos d'artilleria, coets, etc.
Throw és el llançament manual d'un projectil. Els humans són inusualment bons per llançar a causa de la seva alta agilitat, aquest és un tret molt desenvolupat. L'evidència del llançament humà es remunta a 2 milions d'anys. La velocitat de llançament de 145 km per hora que es troben en molts atletes supera amb escreix la velocitat a la qual els ximpanzés poden llançar objectes, que és d'uns 32 km per hora. Aquesta habilitat reflecteix la capacitat dels músculs i tendons de les espatlles humans per mantenir-se elàstics fins que sigui necessari per impulsar un objecte.
Balística interna i externa: armes en breu
Un dels llançadors més antics eren fones, arcs i fletxes normals, catapulta. Amb el temps van aparèixer pistoles, pistoles, coets. La informació de balística interna i externa inclou informació sobre diversos tipus d'armes.
- Spling és una arma que s'utilitza habitualment per expulsar projectils contundents com ara pedra, argila o una "bala" de plom. La fona té un petit bressol (bossa) al mig dels dos llargs de cordó connectats. La pedra es posa en una bossa. El dit mitjà o polze es col·loca a través del bucle a l'extrem d'un cordó, i la pestanya al final de l' altre cordó es col·loca entre el polze iels dits índexs. La fona oscil·la en un arc i la pestanya s'allibera en un moment determinat. Això allibera el projectil per volar cap a l'objectiu.
- Arc i fletxes. Un arc és una peça de material flexible que dispara projectils aerodinàmics. La corda uneix els dos extrems, i quan es tira cap enrere, els extrems del pal es dobleguen. Quan s'allibera la corda, l'energia potencial del pal doblegat es converteix en la velocitat de la fletxa. El tir amb arc és l'art o l'esport del tir amb arc.
- Una catapulta és un dispositiu que s'utilitza per llançar un projectil a gran distància sense l'ajuda d'aparells explosius, especialment diversos tipus de màquines de setge antics i medievals. La catapulta s'ha utilitzat des de l'antiguitat, ja que va demostrar ser un dels mecanismes més eficients durant la guerra. La paraula "catapulta" prové del llatí, que, al seu torn, prové del grec καταπέλτης, que significa "llençar, llançar". Les catapultes van ser inventades pels antics grecs.
- Una pistola és una arma tubular convencional o un altre dispositiu dissenyat per llançar projectils o altres materials. El projectil pot ser sòlid, líquid, gasós o energètic, i pot ser solt, com passa amb les bales i els obusos d'artilleria, o amb pinces, com amb les sondes i els arpons baleners. El medi de projecció varia segons el disseny, però normalment es realitza per l'acció de la pressió del gas generada per la ràpida combustió del propulsor, o comprimit i emmagatzemat per mitjans mecànics que operen dins del tub obert entipus de pistó. El gas condensat accelera el projectil en moviment al llarg del tub, impartint la velocitat suficient per mantenir el projectil en moviment quan el gas s'atura a l'extrem del tub. Alternativament, podeu utilitzar l'acceleració generant un camp electromagnètic, en aquest cas podeu descartar el tub i substituir la guia.
- Un coet és un coet, una nau espacial, un avió o un altre vehicle que és colpejat per un motor de coet. L'escapament d'un motor de coet es forma completament a partir dels propulsors transportats al coet abans del seu ús. Els motors de coets funcionen per acció i reacció. Els motors de coets empenyen els coets cap endavant simplement llançant els seus tubs d'escapament molt ràpidament. Tot i que són relativament ineficients per a un ús a baixa velocitat, els coets són relativament lleugers i potents, capaços de generar acceleracions elevades i assolir velocitats extremadament altes amb una eficiència raonable. Els coets són independents de l'atmosfera i funcionen molt bé a l'espai. Els coets químics són el tipus més comú de coets d' alt rendiment i normalment generen els seus gasos d'escapament quan es crema el combustible dels coets. Els coets químics emmagatzemen grans quantitats d'energia en una forma fàcilment alliberada i poden ser molt perillosos. Tanmateix, un disseny, proves, construcció i ús acurats reduiran els riscos.
Fonaments de balística externa i interna: categories principals
La balística es pot estudiar amb fotografia d' alta velocitat ocàmeres d' alta velocitat. Una fotografia d'una fotografia feta amb un flaix d'espai d'aire d' alta velocitat ajuda a veure la bala sense desenfocar la imatge. La balística sovint es divideix en les quatre categories següents:
- Balística interna: l'estudi dels processos que inicialment acceleren projectils.
- Balística de transició: l'estudi dels projectils durant la transició al vol sense efectiu.
- Balística externa: l'estudi del pas d'un projectil (trajectòria) en vol.
- Balística terminal: l'estudi d'un projectil i els seus efectes a mesura que es completa
La balística interna és l'estudi del moviment en forma de projectil. En les pistoles, cobreix el temps des de l'encesa del propulsor fins que el projectil surt del canó de la pistola. Això és el que estudia la balística interna. Això és important per als dissenyadors i usuaris d'armes de foc de tot tipus, des de rifles i pistoles fins a artilleria d' alta tecnologia. La informació de la balística interna dels projectils de coets cobreix el període durant el qual el motor del coet proporciona empenta.
La balística transitòria, també coneguda com a balística intermèdia, és l'estudi del comportament d'un projectil des del moment que surt de la boca fins que la pressió darrere del projectil s'equilibra, de manera que cau entre la balística interna i la externa.
La balística externa és l'estudi de la dinàmica de la pressió atmosfèrica al voltant d'una bala i forma part de la ciència de la balística, que tracta el comportament d'un projectil sense potència en vol. Aquesta categoria s'associa sovint amb armes de foc iestà relacionada amb la fase de vol lliure desocupada de la bala després de sortir del canó de l'arma i abans que toqui l'objectiu, de manera que es troba entre la balística de transició i la balística terminal. Tanmateix, la balística externa també es refereix al vol lliure de míssils i altres projectils, com ara boles, fletxes, etc.
La balística terminal és l'estudi del comportament i els efectes d'un projectil quan colpeja el seu objectiu. Aquesta categoria és rellevant tant per a projectils de petit calibre com per a projectils de gran calibre (foc d'artilleria). L'estudi dels efectes de velocitat extremadament alta és encara molt nou i actualment s'aplica principalment al disseny de naus espacials.
Balística forense
La balística forense implica l'anàlisi de les bales i els impactes de les bales per determinar informació sobre l'ús en un tribunal o una altra part del sistema legal. A part de la informació balística, els exàmens de marca d'armes i eines ("empremtes digitals balístiques") impliquen revisar les proves d'armes de foc, municions i eines per determinar si s'ha utilitzat alguna arma de foc o eina en la comissió d'un delicte.
Astrodinàmica: mecànica orbital
L'astrodinàmica és l'aplicació de la balística d'armes, la mecànica externa i interna i orbital als problemes pràctics de propulsió de coets i altres naus espacials. El moviment d'aquests objectes es calcula normalment a partir de les lleis del moviment de Newton.i la llei de la gravetat. És la disciplina bàsica en el disseny i el control de missions espacials.
Viatge amb projectil en vol
Els conceptes bàsics de balística externa i interna tracten el viatge d'un projectil en vol. El camí d'una bala inclou: avall pel canó, per l'aire i per l'objectiu. Els fonaments de la balística interna (o original, dins d'un canó) varien segons el tipus d'arma. Les bales disparades amb un rifle tindran més energia que les bales similars disparades amb una pistola. També es pot utilitzar més pols als cartutxos d'armes perquè les cambres de bala es poden dissenyar per suportar més pressió.
Les pressions més altes requereixen una pistola més gran amb més retrocés, que es carrega més lentament i genera més calor, la qual cosa provoca un desgast més gran del metall. A la pràctica, és difícil mesurar les forces dins del canó de la pistola, però un paràmetre que es pot mesurar fàcilment és la velocitat a la qual la bala surt del canó (velocitat de boca). L'expansió controlada dels gasos de la combustió de pólvora crea pressió (força/àrea). Aquí és on es troba la base de la bala (equivalent al diàmetre del canó) i és constant. Per tant, l'energia transferida a la bala (amb una massa determinada) dependrà del temps de la massa multiplicat per l'interval de temps durant el qual s'aplica la força.
L'últim d'aquests factors és una funció de la longitud del canó. El moviment de bala a través d'un dispositiu de metralladora es caracteritza per un augment de l'acceleració quan els gasos s'expandeixenpremeu-lo, però reduïu la pressió al barril a mesura que el gas s'expandeix. Fins al punt de disminuir la pressió, com més llarg sigui el canó, més gran serà l'acceleració de la bala. A mesura que la bala baixa pel canó d'una pistola, hi ha una lleugera deformació. Això es deu a imperfeccions o variacions menors (rarament majors) en les estries o marques en el canó. La tasca principal de la balística interna és crear condicions favorables per evitar aquestes situacions. L'efecte sobre la trajectòria posterior de la bala sol ser insignificant.
De l'arma a l'objectiu
La balística externa es pot anomenar breument el viatge de l'arma a l'objectiu. Les bales no solen viatjar en línia recta fins a l'objectiu. Hi ha forces de rotació que mantenen la bala d'un eix de vol recte. Els conceptes bàsics de la balística externa inclouen el concepte de precessió, que es refereix a la rotació d'una bala al voltant del seu centre de massa. La nutació és un petit moviment circular a la punta d'una bala. L'acceleració i la precessió disminueixen a mesura que augmenta la distància de la bala amb el canó.
Una de les tasques de la balística externa és crear la bala perfecta. Per reduir la resistència de l'aire, la bala ideal seria una agulla llarga i pesada, però aquest projectil passaria directament a través de l'objectiu sense dissipar la major part de la seva energia. Les esferes quedaran endarrerides i alliberaran més energia, però potser ni tan sols arriben a l'objectiu. Una bona forma de bala de compromís aerodinàmic és una corba parabòlica amb una zona frontal baixa i una forma de ramificació.
La millor composició de bala és el plom, que té un altdensitat i barat d'obtenir. Els seus desavantatges són que tendeix a estovar-se a > 1000fps, la qual cosa fa que lubriqui el canó i redueixi la precisió, i el plom tendeix a fondre's completament. Aliar el plom (Pb) amb una petita quantitat d'antimoni (Sb) ajuda, però la resposta real és unir la bala de plom a un canó d'acer dur a través d'un altre metall prou suau per segellar la bala al canó, però amb una fusió elevada. punt. El coure (Cu) és el millor per a aquest material com a jaqueta per al plom.
Balística terminal (impacte d'objectiu)
La bala curta i d' alta velocitat comença a grunyir, torçar-se i fins i tot girar violentament quan entra al teixit. Això fa que es desplaci més teixit, augmentant l'arrossegament i impartint la major part de l'energia cinètica de l'objectiu. Una bala més llarga i pesada pot tenir més energia en un rang més ampli quan colpeja l'objectiu, però pot penetrar tan bé que surt de l'objectiu amb la major part de la seva energia. Fins i tot una bala amb una cinètica baixa pot causar danys importants als teixits. Les bales produeixen danys als teixits de tres maneres:
- Destrucció i trituració. El diàmetre de la lesió per aixafament del teixit és el diàmetre de la bala o del fragment, fins a la longitud de l'eix.
- Cavitació: una cavitat "permanent" és causada per la trajectòria (traça) de la bala mateixa amb fragmentació del teixit, mentre que una cavitat "temporal" es forma per la tensió radial al voltant de la pista de bala a partir de l'acceleració contínua del medi. (aire o teixit) dinscom a resultat de la bala, fent que la cavitat de la ferida s'estiri cap a fora. Per als projectils que es mouen a baixa velocitat, les cavitats permanents i temporals són gairebé les mateixes, però a gran velocitat i amb guiñada de bala, la cavitat temporal es fa més gran.
- Ones de xoc. Les ones de xoc comprimeixen el medi i es mouen per davant de la bala i també cap als costats, però aquestes ones només duren uns pocs microsegons i no causen danys profunds a baixa velocitat. A alta velocitat, les ones de xoc generades poden arribar fins a 200 atmosferes de pressió. Tanmateix, la fractura òssia per cavitació és un esdeveniment extremadament rar. L'ona de pressió balística d'un impacte de bala de llarg abast pot causar una commoció cerebral en una persona, provocant símptomes neurològics aguts.
Mètodes experimentals per demostrar el dany dels teixits utilitzaven materials amb característiques similars als teixits tous i la pell humans.
Disseny de bala
El disseny de bala és important en el potencial de lesions. La Convenció de l'Haia de 1899 (i, posteriorment, la Convenció de Ginebra) va prohibir l'ús de bales expansibles i deformables en temps de guerra. És per això que les bales militars tenen una jaqueta metàl·lica al voltant del nucli de plom. Per descomptat, el tractat va tenir menys a veure amb el compliment que el fet que els rifles d'ass alt militars moderns disparen projectils a altes velocitats i les bales s'havien d'envoltar de coure, ja que el plom comença a fondre's a causa de la calor generada a > 2000 fotogrames per segon..
La balística externa i interna de la PM (pistola Makarov) difereix de la balística de les anomenades bales "destructibles", dissenyades per trencar-se en colpejar una superfície dura. Aquestes bales solen estar fetes d'un metall diferent del plom, com ara pols de coure, compactat en una bala. La distància objectiu des del morrió té un paper important en la capacitat de ferir, ja que la majoria de bales disparades amb pistoles han perdut una energia cinètica (KE) significativa a 100 iardes, mentre que els canons militars d' alta velocitat encara tenen un KE significatiu fins i tot a 500 iardes. Així, la balística externa i interna del PM i els rifles militars i de caça dissenyats per llançar bales amb un gran nombre de CE a una distància més llarga diferiran.
Dissenyar una bala per transferir energia de manera eficient a un objectiu concret no és fàcil perquè els objectius són diferents. El concepte de balística interna i externa també inclou el disseny de projectils. Per penetrar la pell gruixuda i l'os resistent de l'elefant, la bala ha de ser petita de diàmetre i prou forta com per resistir la desintegració. Tanmateix, aquesta bala penetra la majoria dels teixits com una llança, causant una mica més de dany que una ferida de ganivet. Una bala dissenyada per danyar el teixit humà necessitarà certs "fres" per garantir que tots els CE es transmetin a l'objectiu.
És més fàcil dissenyar funcions que ajudin a frenar una bala gran i lent en teixit que una bala petita i d' alta velocitat. Aquestes mesures inclouen modificacions de forma com ara rodones, aplanades oabovedat. Les bales de morro rodó proporcionen la menor resistència, solen estar enfundades i són útils principalment en pistoles de baixa velocitat. El disseny aplanat proporciona el màxim d'arrossegament només de forma, no està enfundat i s'utilitza en pistoles de baixa velocitat (sovint per a la pràctica d'objectius). El disseny de la cúpula és intermedi entre una eina rodona i una eina de tall i és útil a velocitat mitjana.
El disseny de punt buit de la bala fa que sigui més fàcil girar la bala "de l'inrevés" i alinear la part frontal, anomenada "expansió". L'expansió només es produeix de manera fiable a velocitats superiors a 1200 fps, de manera que només és apta per a armes amb velocitat màxima. Una bala de pols destructible dissenyada per desintegrar-se en l'impacte, proporcionant tot el CE, però sense una penetració significativa, la mida dels fragments hauria de disminuir a mesura que augmenta la velocitat de l'impacte.
Potencial de lesió
El tipus de teixit afecta el potencial de lesions, així com la profunditat de penetració. La gravetat específica (densitat) i l'elasticitat són els principals factors dels teixits. Com més gran sigui la gravetat específica, més gran serà el dany. Com més elasticitat, menys dany. Així, el teixit lleuger amb baixa densitat i alta elasticitat està danyat menys múscul amb major densitat, però amb certa elasticitat.
El fetge, la melsa i el cervell no tenen elasticitat i es lesionen fàcilment, com el teixit adipós. Els òrgans plens de líquid (bufeta, cor, grans vasos, intestins) poden esclatar a causa de les ones de pressió creades. Cop de balaos, pot provocar una fragmentació òssia i/o múltiples míssils secundaris, cadascun causant una ferida addicional.
Balística de pistola
Aquesta arma és fàcil d'amagar, però difícil d'apuntar amb precisió, sobretot a les escenes del crim. La majoria dels focs d'armes petites es produeixen a menys de 7 metres, però tot i així, la majoria de bales no tenen l'objectiu previst (només l'11% de les rondes dels atacants i el 25% de les bales disparades per la policia van colpejar l'objectiu previst en un estudi). Normalment, en el crim s'utilitzen armes de baix calibre perquè són més barates i més fàcils de portar i més fàcils de controlar mentre es dispara.
La destrucció del teixit es pot augmentar amb qualsevol calibre mitjançant una bala de punta buida en expansió. Les dues variables principals en la balística de les armes de mà són el diàmetre de la bala i el volum de pols a la caixa del cartutx. Els cartutxos de disseny més antics estaven limitats per les pressions que podien suportar, però els avenços en la metal·lúrgia han permès duplicar i triplicar la pressió màxima de manera que es pugui generar més energia cinètica..
