Balística é a ciência do movimento, do voo e dos efeitos dos projéteis. Está dividido em várias disciplinas. A balística interna e externa lida com o movimento e vôo de projéteis. A transição entre esses dois modos é chamada de balística intermediária. A balística terminal refere-se ao impacto de projéteis, uma categoria separada abrange o grau de dano ao alvo. O que a balística interna e externa estuda?
Armas e mísseis
Os motores de canhão e foguete são tipos de motores térmicos, em parte convertendo energia química em um propulsor (a energia cinética de um projétil). Os propulsores diferem dos combustíveis convencionais, pois sua combustão não requer oxigênio atmosférico. De forma limitada, a produção de gases quentes com combustível combustível causa um aumento na pressão. A pressão impulsiona o projétil e aumenta a taxa de queima. Gases quentes tendem a corroer o cano ou a garganta da armafoguetes. A balística interna e externa de armas pequenas estuda o movimento, vôo e impacto que o projétil tem.
Quando a carga propulsora na câmara da arma é inflamada, os gases de combustão são retidos pelo tiro, então a pressão aumenta. O projétil começa a se mover quando a pressão sobre ele supera sua resistência ao movimento. A pressão continua a subir por um tempo e depois cai à medida que o tiro acelera para alta velocidade. O combustível de foguete combustível rápido se esgota rapidamente e, com o tempo, o tiro é ejetado do cano: uma velocidade de tiro de até 15 quilômetros por segundo foi alcançada. Canhões dobráveis liberam gás pela parte de trás da câmara para neutralizar as forças de recuo.
Um míssil balístico é um míssil que é guiado durante uma fase ativa inicial de voo relativamente curta, cuja trajetória é posteriormente regida pelas leis da mecânica clássica, ao contrário, por exemplo, dos mísseis de cruzeiro, que são guiados aerodinamicamente em voo com o motor funcionando.
Trajetória do chute
Na balística externa e interna, a trajetória é o caminho de um tiro sujeito à gravidade. Sob a única influência da gravidade, a trajetória é parabólica. Arrastar diminui a velocidade do caminho. Abaixo da velocidade do som, o arrasto é aproximadamente proporcional ao quadrado da velocidade; a racionalização shottail só é eficaz nessas velocidades. Em altas velocidades, uma onda de choque cônica vem do nariz do tiro. A força de tração, queem grande parte dependente da forma do nariz, sendo o menor para traços de ponta fina. O arrasto pode ser reduzido ventilando os gases do queimador na cauda.
As barbatanas de cauda podem ser usadas para estabilizar projéteis. A estabilização traseira fornecida pelo rosqueamento induz a oscilação giroscópica em resposta às forças aerodinâmicas do tambor. O giro insuficiente permite que você caia e o excesso impede que o nariz afunde enquanto viaja ao longo da trajetória. A deriva do tiro se deve à sustentação, às condições meteorológicas e à rotação da Terra.
Resposta ao impulso
Foguetes se movem em resposta a um impulso de saída de gás. O motor é projetado de tal forma que as pressões geradas são quase constantes durante a combustão. Foguetes estabilizados radialmente são sensíveis a ventos cruzados, dois ou mais jatos de motores inclinados para longe da linha de vôo podem fornecer estabilização de rotação. Os alvos geralmente são duros e são chamados de grossos ou finos dependendo se o impacto do tiro afeta o material subjacente.
A penetração ocorre quando as intensidades de tensão de impacto excedem o limite de escoamento do alvo; causa fratura dúctil e frágil em alvos finos e fluxo de material hidrodinâmico em alvos espessos. No impacto, pode ocorrer falha. A penetração completa através do alvo é chamada de perfuração. Armadilhas de blindagem avançadas detonam um explosivo comprimido contra um alvo ou focam explosivamente um jato de metal nele.superfície.
Grau de dano local
A balística interna e externa de um tiro está relacionada principalmente aos mecanismos e consequências médicas dos ferimentos causados por projéteis e fragmentos explosivos. Após a penetração, o impulso transmitido aos tecidos circundantes gera uma grande cavidade temporária. O grau de dano local está relacionado ao tamanho desta cavidade de transição. Evidências sugerem que a lesão física é proporcional à velocidade do cubo do projétil, massa e área da seção transversal. A pesquisa de armadura corporal visa evitar a penetração de projéteis e minimizar lesões.
Balística externa e interna - é o campo da mecânica que trata do lançamento, voo, comportamento e efeitos de projéteis, especialmente projéteis, bombas não guiadas, foguetes e similares. é uma espécie de ciência ou mesmo arte de projetar e acelerar projéteis para atingir o desempenho desejado. Um corpo balístico é um corpo com momento que pode se mover livremente, sujeito a forças como pressão do gás em uma arma, rajadas em um cano, gravidade ou arrasto aerodinâmico.
Histórico e antecedentes
Os primeiros projéteis balísticos conhecidos eram paus, pedras e lanças. A evidência mais antiga de projéteis com ponta de pedra, que podem ou não ser carregados com um arco, remonta a 64.000 anos.atrás, que foram encontrados na Caverna de Sibudu, na África do Sul. A evidência mais antiga do uso de arcos para atirar data de aproximadamente 10.000 anos.
As flechas de pinheiro foram encontradas no vale de Ahrensburg, ao norte de Hamburgo. Eles tinham sulcos rasos em suas partes inferiores, indicando que eles foram atingidos por um arco. O arco mais antigo ainda em restauração tem cerca de 8.000 anos e foi encontrado no pântano de Holmegard, na Dinamarca. O tiro com arco parece ter chegado às Américas com a tradição de pequenas ferramentas árticas há cerca de 4.500 anos. Os primeiros dispositivos identificados como ferramentas surgiram na China por volta de 1000 dC. e no século 12 a tecnologia se espalhou por toda a Ásia e na Europa no século 13.
Após um milênio de desenvolvimento empírico, a disciplina de balística, externa e interna, foi originalmente estudada e desenvolvida pelo matemático italiano Niccolo Tartaglia em 1531. Galileu estabeleceu o princípio do movimento composto em 1638. O conhecimento geral da balística externa e interna foi colocado em uma sólida base científica e matemática por Isaac Newton com a publicação de Philosophia Naturalis Principia Mathematica em 1687. Isso deu as leis matemáticas do movimento e da gravidade, que pela primeira vez permitiram que as trajetórias fossem previstas com sucesso. A palavra "balística" vem do grego, que significa "lançar".
Projéteis e lançadores
Projectile - qualquer objeto projetado no espaço (vazio ou não) quandoaplicação de força. Embora qualquer objeto em movimento no espaço (como uma bola lançada) seja um projétil, o termo geralmente se refere a uma arma de longo alcance. Equações matemáticas de movimento são usadas para analisar a trajetória do projétil. Exemplos de projéteis incluem bolas, flechas, balas, projéteis de artilharia, foguetes e assim por diante.
Throw é o lançamento manual de um projétil. Os humanos são excepcionalmente bons em arremessar devido à sua alta agilidade, esta é uma característica altamente desenvolvida. Evidências de arremessos humanos datam de 2 milhões de anos. A velocidade de arremesso de 145 km por hora encontrada em muitos atletas excede em muito a velocidade com que os chimpanzés podem arremessar objetos, que é de cerca de 32 km por hora. Essa habilidade reflete a capacidade dos músculos e tendões do ombro humano de permanecerem elásticos até serem necessários para impulsionar um objeto.
Balística interna e externa: armas em resumo
Um dos lançadores mais antigos eram estilingues comuns, arco e flechas, catapulta. Com o tempo, armas, pistolas, foguetes apareceram. As informações da balística interna e externa incluem informações sobre vários tipos de armas.
- Spling é uma arma comumente usada para ejetar projéteis contundentes, como pedra, argila ou uma "bala" de chumbo. A funda tem um pequeno berço (bolsa) no meio dos dois comprimentos de cabo conectados. A pedra é colocada em um saco. O dedo médio ou polegar é colocado através do laço na extremidade de um cordão, e a aba na extremidade do outro cordão é colocada entre o polegar e odedos indicadores. A eslinga balança em um arco e a aba é liberada em um determinado momento. Isso libera o projétil para voar em direção ao alvo.
- Arco e flechas. Um arco é uma peça flexível de material que dispara projéteis aerodinâmicos. A corda conecta as duas extremidades e, quando é puxada para trás, as extremidades do bastão são dobradas. Quando a corda é solta, a energia potencial da vara dobrada é convertida na velocidade da flecha. Tiro com arco é a arte ou esporte de tiro com arco.
- A catapulta é um dispositivo usado para lançar um projétil a grande distância sem o auxílio de dispositivos explosivos - especialmente vários tipos de máquinas de cerco antigas e medievais. A catapulta tem sido usada desde os tempos antigos, pois provou ser um dos mecanismos mais eficientes durante a guerra. A palavra "catapulta" vem do latim, que, por sua vez, vem do grego καταπέλτης, que significa "lançar, arremessar". As catapultas foram inventadas pelos antigos gregos.
- Uma pistola é uma arma tubular convencional ou outro dispositivo projetado para liberar projéteis ou outro material. O projétil pode ser sólido, líquido, gasoso ou energético, e pode ser solto, como balas e granadas de artilharia, ou com grampos, como sondas e arpões baleeiros. O meio de projeção varia de acordo com o projeto, mas geralmente é realizado pela ação da pressão do gás gerado pela combustão rápida do propelente, ou comprimido e armazenado por meios mecânicos operando no interior do tubo de extremidade aberta emtipo pistão. O gás condensado acelera o projétil em movimento ao longo do comprimento do tubo, conferindo velocidade suficiente para manter o projétil em movimento quando o gás para no final do tubo. Alternativamente, você pode usar a aceleração gerando um campo eletromagnético, neste caso você pode descartar o tubo e substituir a guia.
- Um foguete é um foguete, nave espacial, aeronave ou outro veículo que é atingido por um motor de foguete. A exaustão de um motor de foguete é completamente formada pelos propulsores transportados no foguete antes do uso. Os motores de foguete funcionam por ação e reação. Os motores de foguete empurram os foguetes para frente simplesmente jogando seus escapamentos para trás muito rapidamente. Embora sejam comparativamente ineficientes para uso em baixa velocidade, os foguetes são relativamente leves e potentes, capazes de gerar altas acelerações e atingir velocidades extremamente altas com razoável eficiência. Os foguetes são independentes da atmosfera e funcionam muito bem no espaço. Foguetes químicos são o tipo mais comum de foguete de alto desempenho e normalmente criam seus gases de escape quando o combustível do foguete é queimado. Foguetes químicos armazenam grandes quantidades de energia em uma forma facilmente liberada e podem ser muito perigosos. No entanto, design, teste, construção e uso cuidadosos minimizarão os riscos.
Fundamentos de balística externa e interna: principais categorias
Balística pode ser estudada usando fotografia de alta velocidade oucâmeras de alta velocidade. Uma fotografia de uma foto tirada com um flash de entreferro de velocidade ultra- alta ajuda a visualizar a bala sem desfocar a imagem. A balística é frequentemente dividida nas quatro categorias a seguir:
- Balística interna - o estudo dos processos que inicialmente aceleram projéteis.
- Balística de transição - o estudo de projéteis durante a transição para o voo sem dinheiro.
- Balística externa - o estudo da passagem de um projétil (trajetória) em voo.
- Balística terminal - o estudo de um projétil e seus efeitos à medida que ele se completa
A balística interna é o estudo do movimento na forma de um projétil. Em armas, abrange o tempo desde a ignição do propulsor até que o projétil saia do cano da arma. Isso é o que a balística interna estuda. Isso é importante para designers e usuários de armas de fogo de todos os tipos, desde rifles e pistolas até artilharia de alta tecnologia. As informações da balística interna para projéteis de foguete cobrem o período durante o qual o motor do foguete fornece empuxo.
A balística transitória, também conhecida como balística intermediária, é o estudo do comportamento de um projétil desde o momento em que sai do cano até que a pressão atrás do projétil seja equilibrada, de modo que cai entre a balística interna e externa.
A balística externa é o estudo da dinâmica da pressão atmosférica em torno de uma bala e faz parte da ciência da balística, que trata do comportamento de um projétil sem potência em voo. Esta categoria é frequentemente associada a armas de fogo eestá relacionado à fase de voo livre desocupada da bala depois que ela sai do cano da arma e antes de atingir o alvo, de modo que fica entre a balística de transição e a balística terminal. No entanto, a balística externa também diz respeito ao voo livre de mísseis e outros projéteis, como bolas, flechas e assim por diante.
A balística do terminal é o estudo do comportamento e dos efeitos de um projétil ao atingir seu alvo. Esta categoria é relevante tanto para projéteis de pequeno calibre quanto para projéteis de grande calibre (disparo de artilharia). O estudo de efeitos de velocidade extremamente alta ainda é muito novo e atualmente é aplicado principalmente ao projeto de naves espaciais.
Balística Forense
A balística forense envolve a análise de balas e impactos de balas para determinar informações sobre o uso em um tribunal ou outra parte do sistema legal. Separados das informações balísticas, os exames de Armas de Fogo e Marca de Ferramenta (“Impressão Digital Balística”) envolvem a análise de evidências de armas de fogo, munições e ferramentas para determinar se alguma arma de fogo ou ferramenta foi usada no cometimento de um crime.
Astrodinâmica: mecânica orbital
Astrodinâmica é a aplicação da balística de armas, externa e interna, e mecânica orbital aos problemas práticos de propulsão de foguetes e outras naves espaciais. O movimento desses objetos é geralmente calculado a partir das leis do movimento de Newton.e a lei da gravidade. É a disciplina central no projeto e controle de missões espaciais.
Viagem de projétil em voo
Os fundamentos da balística externa e interna tratam do deslocamento de um projétil em voo. O caminho de uma bala inclui: pelo cano, pelo ar e pelo alvo. Os fundamentos da balística interna (ou original, dentro de um canhão) variam de acordo com o tipo de arma. Balas disparadas de um rifle terão mais energia do que balas semelhantes disparadas de uma pistola. Mais pólvora também pode ser usada em cartuchos de armas porque as câmaras de balas podem ser projetadas para suportar mais pressão.
Pressões mais altas exigem uma arma maior com mais recuo, que carrega mais lentamente e gera mais calor, resultando em mais desgaste do metal. Na prática, é difícil medir as forças dentro do cano da arma, mas um parâmetro facilmente medido é a velocidade com que a bala sai do cano (velocidade do cano). A expansão controlada dos gases da queima da pólvora cria pressão (força/área). É aqui que a base da bala (equivalente ao diâmetro do cano) está localizada e é constante. Portanto, a energia transferida para a bala (com uma determinada massa) dependerá do tempo de massa multiplicado pelo intervalo de tempo em que a força é aplicada.
O último desses fatores é uma função do comprimento do cano. O movimento da bala através de um dispositivo de metralhadora é caracterizado por um aumento na aceleração quando os gases em expansãopressione-o, mas reduza a pressão no barril à medida que o gás se expande. Até o ponto de diminuição da pressão, quanto maior o cano, maior a aceleração da bala. À medida que a bala percorre o cano de uma arma, há uma leve deformação. Isso se deve a pequenas (raramente grandes) imperfeições ou variações nas estrias ou marcas no cano. A principal tarefa da balística interna é criar condições favoráveis para evitar tais situações. O efeito na trajetória subsequente da bala geralmente é insignificante.
Da arma ao alvo
A balística externa pode ser brevemente chamada de jornada da arma ao alvo. As balas geralmente não viajam em linha reta até o alvo. Existem forças rotacionais que mantêm a bala de um eixo reto de vôo. Os fundamentos da balística externa incluem o conceito de precessão, que se refere à rotação de uma bala em torno de seu centro de massa. A nutação é um pequeno movimento circular na ponta de uma bala. A aceleração e a precessão diminuem à medida que a distância do projétil ao cano aumenta.
Uma das tarefas da balística externa é criar a bala perfeita. Para reduzir a resistência do ar, a bala ideal seria uma agulha longa e pesada, mas tal projétil passaria direto pelo alvo sem dissipar a maior parte de sua energia. As esferas ficarão para trás e liberarão mais energia, mas podem nem atingir o alvo. Uma boa forma de bala de compromisso aerodinâmico é uma curva parabólica com uma área frontal baixa e forma ramificada.
A melhor composição de bala é chumbo, que tem uma altadensidade e barato de obter. Suas desvantagens são que ele tende a amolecer a > 1000fps, o que faz com que lubrifique o cano e reduza a precisão, e o chumbo tende a derreter completamente. Ligar o chumbo (Pb) com uma pequena quantidade de antimônio (Sb) ajuda, mas a resposta real é ligar a bala de chumbo a um cano de aço duro através de outro metal macio o suficiente para selar a bala no cano, mas com alto ponto de fusão. apontar. O cobre (Cu) é melhor para este material como revestimento para chumbo.
Balística do terminal (acertar o alvo)
A bala curta e de alta velocidade começa a rosnar, torcer e até girar violentamente ao entrar no tecido. Isso faz com que mais tecido seja deslocado, aumentando o arrasto e transmitindo a maior parte da energia cinética do alvo. Uma bala mais longa e mais pesada pode ter mais energia em um alcance maior quando atinge o alvo, mas pode penetrar tão bem que sai do alvo com a maior parte de sua energia. Mesmo uma bala com baixa cinética pode causar danos significativos aos tecidos. As balas causam danos nos tecidos de três maneiras:
- Destruição e esmagamento. O diâmetro da lesão por esmagamento do tecido é o diâmetro da bala ou fragmento, até o comprimento do eixo.
- Cavitação - uma cavidade “permanente” é causada pela trajetória (trilha) da própria bala com fragmentação do tecido, enquanto uma cavidade “temporária” é formada pela tensão radial ao redor da trilha da bala a partir da aceleração contínua do meio (ar ou tecido) emcomo resultado da bala, fazendo com que a cavidade da ferida se estenda para fora. Para projéteis que se movem em baixa velocidade, as cavidades permanentes e temporárias são quase as mesmas, mas em alta velocidade e com guinada de bala, a cavidade temporária se torna maior.
- Ondas de choque. As ondas de choque comprimem o meio e se movem à frente da bala, bem como para os lados, mas essas ondas duram apenas alguns microssegundos e não causam danos profundos em baixa velocidade. Em alta velocidade, as ondas de choque geradas podem atingir até 200 atmosferas de pressão. No entanto, a fratura óssea por cavitação é um evento extremamente raro. A onda de pressão balística de um impacto de bala de longo alcance pode causar uma concussão em uma pessoa, causando sintomas neurológicos agudos.
Métodos experimentais para demonstrar danos nos tecidos usaram materiais com características semelhantes aos tecidos moles e pele humana.
Design de bala
O design da bala é importante no potencial de lesão. A Convenção de Haia de 1899 (e posteriormente a Convenção de Genebra) proibiu o uso de balas expansíveis e deformáveis em tempo de guerra. É por isso que as balas militares têm uma capa de metal ao redor do núcleo de chumbo. Claro, o tratado tinha menos a ver com o cumprimento do que o fato de que os fuzis de ass alto militares modernos disparam projéteis em alta velocidade e as balas devem ser revestidas de cobre quando o chumbo começa a derreter devido ao calor gerado a > 2.000 quadros por segundo.
A balística externa e interna da PM (pistola Makarov) difere da balística das chamadas balas "destrutíveis", projetadas para quebrar ao atingir uma superfície dura. Essas balas geralmente são feitas de um metal diferente do chumbo, como pó de cobre, compactado em uma bala. A distância do alvo do cano desempenha um grande papel na capacidade de ferir, já que a maioria das balas disparadas de revólveres perderam energia cinética significativa (KE) a 100 jardas, enquanto as armas militares de alta velocidade ainda têm KE significativa mesmo a 500 jardas. Assim, a balística externa e interna dos fuzis PM e militares e de caça projetados para entregar balas com um grande número de CE a uma distância maior será diferente.
Projetar uma bala para transferir energia de forma eficiente para um alvo específico não é fácil porque os alvos são diferentes. O conceito de balística interna e externa também inclui o design de projéteis. Para penetrar na pele grossa e no osso duro do elefante, a bala deve ser pequena em diâmetro e forte o suficiente para resistir à desintegração. No entanto, essa bala penetra na maioria dos tecidos como uma lança, causando um pouco mais de dano do que uma ferida de faca. Uma bala projetada para danificar o tecido humano exigirá certos "freios" para garantir que todos os CE sejam transmitidos ao alvo.
É mais fácil projetar recursos que ajudem a retardar uma bala grande e lenta em tecido do que uma bala pequena e de alta velocidade. Tais medidas incluem modificações de forma como arredondadas, achatadas ouabobadado. As balas de ponta redonda fornecem o menor arrasto, geralmente são embainhadas e são úteis principalmente em pistolas de baixa velocidade. O design achatado fornece o arrasto mais formal, não é embainhado e é usado em pistolas de baixa velocidade (geralmente para prática de tiro ao alvo). O design da cúpula é intermediário entre uma ferramenta redonda e uma ferramenta de corte e é útil em velocidade média.
O design de ponta oca da bala torna mais fácil virar a bala "de dentro para fora" e alinhar a frente, conhecido como "expansão". A expansão só ocorre de forma confiável em velocidades superiores a 1200 fps, portanto, é adequado apenas para armas com velocidade máxima. Uma bala de pólvora destrutível projetada para se desintegrar no impacto, entregando todo o CE, mas sem penetração significativa, o tamanho dos fragmentos deve diminuir à medida que a velocidade do impacto aumenta.
Potencial de lesão
O tipo de tecido afeta o potencial de lesão, bem como a profundidade de penetração. A gravidade específica (densidade) e a elasticidade são os principais fatores teciduais. Quanto maior a gravidade específica, maior o dano. Quanto mais elasticidade, menos danos. Assim, o tecido leve com baixa densidade e alta elasticidade é danificado menos músculo com maior densidade, mas com alguma elasticidade.
Fígado, baço e cérebro não têm elasticidade e são facilmente lesados, como o tecido adiposo. Órgãos cheios de líquido (bexiga, coração, grandes vasos, intestinos) podem estourar devido às ondas de pressão criadas. Acerto de balaosso, pode resultar em fragmentação óssea e/ou múltiplos mísseis secundários, cada um causando um ferimento adicional.
Balística de pistola
Esta arma é fácil de esconder, mas difícil de mirar com precisão, especialmente em cenas de crime. A maioria dos tiros de armas pequenas ocorre a menos de 7 metros, mas mesmo assim, a maioria das balas erram o alvo pretendido (apenas 11% dos disparos dos atacantes e 25% das balas disparadas pela polícia atingem o alvo pretendido em um estudo). Normalmente, armas de baixo calibre são usadas no crime porque são mais baratas e fáceis de transportar e mais fáceis de controlar durante o tiro.
A destruição do tecido pode ser aumentada em qualquer calibre usando uma bala de ponta oca em expansão. As duas principais variáveis na balística de armas curtas são o diâmetro da bala e o volume de pólvora no estojo do cartucho. Os cartuchos de design mais antigos eram limitados pelas pressões que podiam suportar, mas os avanços na metalurgia permitiram que a pressão máxima fosse dobrada e triplicada para que mais energia cinética pudesse ser gerada.
