화기 물리학

Physics of firearms

물리학관점(정확히 말하면, 화기)에서 보면, 대부분의 무기와 마찬가지로,[citation needed] 사격수에게 최소한의 에너지를 전달하면서 표적에 최대의 파괴 에너지를 전달하는 시스템이다.하지만 목표물에 전달되는 기세는 (반동으로 인해) 슈터에게 전달되는 기세 이상일 수 없다.이는 탄환에 부여된 운동량이 총포 [failed verification]사격 시스템에 부여된 운동량과 동일하고 반대임을 나타내는 운동량 보존 때문이다.

화기 에너지 효율

열역학적 관점에서 보면, 화기는 피스톤 엔진의 특수한 유형이며, 총알이 피스톤의 기능을 하는 일반적인 열 엔진이다.화기의 에너지 변환 효율은 특히 구경과 총신 길이에 따라 크게 달라집니다.하지만, 예를 들어, 다음은 .300 Hawk [1]탄약을 위한 일반적인 소형 화기의 에너지 균형입니다.

  • 배럴 마찰 2%
  • 발사체 운동 32%
  • 고온 가스 34%
  • 배럴 가열 30%
  • 미연소 추진제 1%.

일반적인 피스톤 엔진에 필적합니다.

체적비가 더 좋기 때문에 더 긴 총신 화기에서 더 높은 효율성을 달성할 수 있습니다.그러나 팽창이 진정으로 단열적이지 않고 배럴과의 열교환으로 연소가스가 냉각되는 속도가 빠르기 때문에 효율이 체적비에 비해 떨어진다.대형 총기(예: 대포)는 부피 대 표면 비율이 더 좋기 때문에 총열 손실이 더 작습니다.가속력에 비해 낮은 배럴 마찰이 씰링에 의해 유발되기 때문에 높은 배럴 직경도 도움이 됩니다.힘은 배럴 직경의 제곱에 비례하지만 씰링 요구는 동일한 압력으로 둘레에 비례합니다.

힘.

뉴턴 역학에 따르면, 만약 총과 사수가 처음에 정지해 있다면, 총알에 가해지는 힘은 총 쏘는 사람의 힘과 같을 것이다.이것은 뉴턴의 운동 제3법칙 때문입니다(모든 작용에 대해 동등하고 반대되는 반응이 있습니다).총과 사격수가 합쳐진 질량g m이고 총알이 질량b m인 시스템을 생각해보자.총이 발사될 때, 두 질량은 각각 속도g v와 vb 서로 멀어집니다.그러나 운동량 보존 법칙은 모멘타의 크기가 같아야 하며, 운동량은 벡터량이고 방향은 반대이기 때문에 다음과 같습니다.

기술적 수학적 용어로, 시간에 대한 운동량의 미분은 힘이다. 이는 총알에 가해지는 힘이 총기에 가해지는 힘과 같다는 것을 의미하며, 탄환/사격수의 운동량은 탄환 또는 사격수의 힘-시간 함수를 통합함으로써 도출될 수 있다.이것은 수학적으로 다음과 같이 기술됩니다.

서 g g, 각각 총, 총알, 시간, 질량, 속도 및 힘을 나타냅니다.

총상을 입은 피해자들은 종종 총에 맞았을 때 넘어지거나 쓰러진다; 이것은 총알이 그들을 밀어 넘어뜨린 기세로 인한 것이 아니라, 아마도 균형을 잃은 것과 결합되어 신체적 손상이나 심리적 영향에 의해 주로 발생한다.이것은 희생자가 20mm 포탄과 같은 더 무거운 발사체에 맞으면 해당되지 않는다. 탄성 효과가 엄청날 수 있다. 이것이 무기 플랫폼에 장착되지 않고 발사될 수 있는 무기가 거의 없는 이유이다(예를 들어 무반동 소총).

예: 240그램(0.016kg)의 탄환이 달린 .44 레밍턴 매그넘은 170파운드(77kg)의 표적을 향해 초당 1,180피트(360m/s)[2]의 속도로 발사됩니다.목표물에 주어진 속도는 어느 정도인가(총알이 목표물에 박혀 있어 사실상 모든 속도를 잃는다고 가정한다)?

mbb v는 탄환의 질량과 속도를 나타내고, 후자는 표적을 맞히기 직전, mt v는 표적t 질량과 속도를 나타냅니다.운동량 보존에는

mvbb = mvtt.

목표물의 속도에 대한 해결은

vt = mvbb / mt = 0.016 kg × 360 m/s / 77 kg = 0.07 m/s = 0.17 mph.

이 예에서는 대상이 거의 움직이지 않습니다.그렇다고 해서 총알을 쏴서 열차를 멈출 수 없다는 것은 아닙니다. 전혀 [3]현실적이지 않을 뿐입니다.

속도

Eq.1부터 우리는 총/사격자의 속도를 기록할 수 있다:V = MV/M.이는 탄환이 빠른 속도임에도 불구하고 탄환 질량 대 탄환 질량 비율이 작기 때문에 힘과 운동량은 동일하지만 반동 속도(V)가 낮다는 것을 보여준다.

운동 에너지

하지만, 총포 발사 시스템에 비해 총알의 질량이 작기 때문에, 총알에 훨씬 더 많은 운동 에너지가 전달될 수 있습니다.두 시스템의 운동 에너지는 2입니다.MV 총탄 시스템의 경우 1, 스타일 {\입니다.사격자에게 주어진 에너지는 다음과 같이 기록될 수 있다.

이러한 에너지의 비율에 대해 다음과 같은 정보가 있습니다.

운동 에너지의 비율은 질량의 비율과 같다(그리고 속도와 무관하다).탄환의 질량이 사격수보다 훨씬 작기 때문에 운동 에너지가 사격수보다 총알로 전달된다.무기 밖으로 방출된 탄환의 에너지는 비행 내내 감소하며, 나머지는 표적과 충돌하여 소멸됩니다(예: 탄환과 표적의 변형).

에너지 전달

총알이 명중할 때, 그것의 빠른 속도와 작은 정면 단면은 그것이 어떤 물체를 명중시킬 때 높은 집중력을 가한다는 것을 의미한다.이것은 보통 살과 같은 부드러운 물질에 침투하게 됩니다.그런 다음 에너지는 총알의 통과에 의해 형성된 상처 채널을 따라 소멸됩니다.이러한 효과에 대한 자세한 내용은 말단 탄도학을 참조하십시오.

방탄조끼는 총알의 에너지를 다른 방법으로 소멸시키는 것으로 작용한다; 보통 아라미드(Kevlar 또는 Twaron)의 소재는 총알을 잡고 주어진 힘을 더 넓은 영역에 분산시키는 일련의 재료 층을 제시함으로써 작용하며, 바라건대 방탄조끼가 방탄조끼 뒤에 있는 몸 안으로 침투하기 전에 멈추도록 한다.조끼는 총알이 관통하는 것을 막을 수 있지만, 착용자는 여전히 총알의 운동량에 영향을 받아 타박상을 입을 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ http://www.z-hat.com/Efficiency%20of%20the%20300%20Hawk.htm, .300 Hawk 카트리지의 열역학 효율 2009-02-28 Wayback Machine에 아카이브
  2. ^ "Chuck Hawks".
  3. ^ "XKCD".