O‘qotar qurollar fizikasi

Fizika nuqtai nazaridan (aniqrogʻi, dinamika), oʻqotar qurol, koʻpgina qurollar singari, oʻq otuvchiga minimal energiya etkazib berish bilan nishonga maksimal halokatli energiyani yetkazib berish tizimidir. Nishonga yetkazilgan impuls, ammo otishmada bundan ortiq boʻlishi mumkin emas (orqaga qaytish tufayli). Bu impulsning saqlanishi bilan bogʻliq boʻlib, bu oʻqga berilgan impuls miltiq otish tizimiga berilgan impulsga teng va qarama-qarshi ekanligini koʻrsatadi.

Oʻqotar qurolning energiya samaradorligi

Termodinamik nuqtai nazardan, oʻqotar qurol — bu pistonli dvigatelning maxsus turi yoki umuman issiqlik dvigateli, bu yerda oʻq piston vazifasini bajaradi. Oʻqotar qurolning energiyani oʻzgartirish samaradorligi uning tuzilishiga, ayniqsa kalibrli va barrel uzunligiga bogʻliq. Biroq, misol uchun, 300 Hawk oʻq-dorilari uchun odatiy kichik oʻqotar qurolning energiya balansi:

• Barrel ishqalanishi 2%
• Snaryad harakati 32%
• Issiq gazlar 34%
• Barrel isishi 30%
• Yonilmagan yoqilgʻi 1%.

odatdagi pistonli dvigatel bilan solishtirish mumkin.

Uzunroq barrelli oʻqotar qurollarda yuqori samaradorlikka erishish mumkin, chunki ular yaxshi hajm nisbatiga ega. Biroq, samaradorlik ortishi hajm nisbatiga mos keladiganidan kamroq, chunki kengayish haqiqatan ham adiabatik emas va barrel bilan issiqlik almashinuvi tufayli yonib ketgan gaz tezroq soviydi. Katta oʻqotar qurollar (masalan, toʻplar) barrelda kamroq issiqlik yoʻqotishlariga erishadi, chunki ular hajmning sirtga nisbati yaxshiroq. Barrelning yuqori diametri ham foydalidir, chunki tezlashtiruvchi kuchga nisbatan pastroq ishqalanish muhrlanish orqali yuzaga keladi. Quvvat barrel diametrining kvadratiga mutanosib, muhrlash ehtiyojlari esa bir xil bosim bilan perimetrga proporsionaldir.

Kuch

Nyuton mexanikasining fikriga koʻra, agar qurol va oʻq otuvchi dastlab tinch holatda boʻlsa, oʻqning kuchi toʻpponchaning kuchiga teng boʻladi. Bu Nyutonning uchinchi harakat qonuni bilan bogʻliq (har bir harakat uchun teng va qarama-qarshi reaktsiya mavjud). Toʻpponcha va oʻq otuvchining birlashgan massasi m_g va oʻqning massasi m _b boʻlgan tizimni koʻrib chiqaylik. Quroldan oʻq uzilganda, ikki massa mos ravishda v_g va v_b tezliklar bilan bir-biridan uzoqlashadi. Ammo impulsning saqlanish qonuni shuni koʻrsatadiki, ularning momentlarining kattaliklari teng boʻlishi kerak va impuls vektor kattalik boʻlgani uchun ularning yoʻnalishlari qarama-qarshidir:

${\displaystyle m_{g}v_{g}+m_{b}v_{b}}=0$

Texnik matematik nuqtai nazardan, impulsning vaqtga nisbatan hosilasi kuchdir, bu oʻqdagi kuch quroldagi kuchga teng boʻlishini anglatadi va oʻq/otuvchi impulsini kuch-vaqt funksiyasini integratsiyalash orqali olish mumkin. Bu matematik tarzda quyidagicha yoziladi:

$\int _{0}^{t_{g}}F_{g}(t)\,dt=-\int _{0}^{t_{b}}F_{b}(t)\,dt=m_{g}v_{g}=-m_{b}v_{b}$

bu yerda $g,b,t,m,v,F$ mos ravishda qurol, oʻq, vaqt, massa, tezlik va kuchni ifodalaydi.

Otishma qurbonlari tez-tez yiqilib tushadi yoki oʻq uzilganda qulab tushadi; Bu oʻqning ularni itarib yuborish tezligining natijasidir, lekin birinchi navbatda jismoniy shikastlanish yoki psixologik taʼsirlar, ehtimol muvozanatning buzilishi bilan birga keladi. Jabrlanuvchiga 20mm kabi ogʻirroq snaryadlar tegsa, bu yerda impuls effektlari juda katta boʻlishi mumkin; shuning uchun juda kam bunday qurollar qurol platformasiga oʻrnatilmasdan yoki orqaga qaytariluvchi tizimni oʻz ichiga olmasdan otilishi mumkin (masalan, teskari miltiq).

Misol: 240-grain (0.016 kg) .44 Remington Magnum kurtkali 1,180 feet per second (360 m/s) , nishon 170-pound (77 kg) boʻlsin. Nishonga qanday tezlik beriladi (farz qilaylik, oʻq nishonda koʻmilgan boʻlib qoladi va shu bilan deyarli barcha tezligini yoʻqotadi)?

m_b va v_b oʻqning massasi va tezligini, ikkinchisi nishonga tegishidan oldin, m_t va v_t nishonga urilgandan keyingi massasi va tezligini bildirsin. Impulsning saqlanishi talab qilinadi

m_bv_b = m_tv_t. (1)

Nishonning tezligini quyidagi yechish beradi:

v_t = m_bv_b / m_t = 0.016 kg × 360 m/s / 77 kg = 0.07 m/s = 0.17 mph.

Ushbu misol nishonning deyarli harakatlanmasligini koʻrsatadi. Bu poyezdni oʻq otib toʻxtatib boʻlmaydi, degani emas, bu mutlaqo amaliy emas.

Tezligi

1-tenglamadan qurol/otishma tezligi uchun quyidagini yozishimiz mumkin: V = mv/M. Bu shuni koʻrsatadiki, oʻqning yuqori tezligiga qaramay, kichik oʻq massasi va otuvchi massa nisbati kuch va impuls teng boʻlsa-da, past qaytish tezligiga (V) olib keladi.

Kinetik energiyasi

Biroq, oʻq otish tizimi bilan solishtirganda, oʻqning kichikroq massasi, otishmaga qaraganda, oʻqga sezilarli darajada koʻproq kinetik energiya berishga imkon beradi. Ikki tizim uchun kinetik energiya ${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}MV^{2}$ qurol-otishma tizimi uchun va ${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}mv^{2}$ oʻq uchun. Otuvchiga berilgan energiyani quyidagicha yozish mumkin:

${\frac {1}{2}}MV^{2}={\frac {1}{2}}M\left({\frac {mv}{M}}\right)^{2}={\frac {m}{M}}{\frac {1}{2}}mv^{2}$

Ushbu energiyalarning nisbati uchun bizda:

${\frac {{\frac {1}{2}}MV^{2}}{{\frac {1}{2}}mv^{2}}}={\frac {m}{M}}\qquad (2)$

Kinetik energiyalarning nisbati massalar nisbati bilan bir xil (va tezlikdan mustaqil). Oʻqning massasi otuvchinikidan ancha kichik boʻlganligi sababli, otishmaga qaraganda oʻqqa koʻproq kinetik energiya oʻtkaziladi. Quroldan tushirilgandan soʻng, oʻqning energiyasi butun parvoz davomida pasayadi, qolgan qismi nishon bilan toʻqnashish orqali tarqalib ketguncha (masalan, oʻq va nishonni deformatsiya qilish).

Energiyani uzatish

Oʻq tegib kelganda, uning yuqori tezligi va kichik frontal kesma, u tegib turgan har qanday ob’ektga yuqori darajada fokuslangan stresslar taʼsir qilishini anglatadi. Bu, odatda, goʻsht kabi har qanday yumshoqroq materialga kirib borishiga olib keladi. Keyin energiya oʻqning oʻtishi bilan hosil boʻlgan yara kanali boʻylab tarqaladi. Ushbu taʼsirlarni toʻliqroq muhokama qilish uchun terminal ballistikasiga qarang.

Oʻq oʻtkazmaydigan jiletlar oʻq energiyasini boshqa yoʻl bilan tarqatish orqali ishlaydi; Yelekning materiali, odatda Aramid (Kevlar yoki Twaron), oʻqni ushlab turadigan va uning kuchini kattaroq maydonga tarqatadigan bir qator moddiy qatlamlarni taqdim etish orqali ishlaydi, umid qilamanki, u yelek orqasidagi tanaga kirib ketishidan oldin uni toʻxtatadi. . Yelek oʻqning kirib kelishiga toʻsqinlik qilishi mumkin boʻlsa-da, kiygan odamga oʻqning zarbasi taʼsir qiladi, bu esa kontuziyaga olib kelishi mumkin.