Potenza di un arma
Autore:
Hic
Come si misura la potenza di un'arma?
L'unit di misura pi usata il Joule e indica l'energia. La misurazione viene ricavata facilmente tramite la misurazione dell
a
velocit del proiettile all'uscita della canna. L'energia posseduta dal proiettile
infatti strettamente dipendente dalla sua velocit istantanea e dal suo peso.
Lo strumento con cui si esegue la misurazione della velocit detto cronografo
e costa intorno ai 150 euro, in pratica consiste di due fotocellule molto sensibili
che misurano il tempo che intercorre tra l'attraversamento della prima e della seconda
fotocellula. Per eseguire la misurazione si spara pochi centimetri al di sopra di
tale strumento. Ovviamente possibile eseguire tale misurazione solo in un poligono
di tiro ove potrete anche richiedere (di solito gratuitamente) lo strumento in questione.
La velocit fornita dallo strumento solitamente misurata in m/s secondo lo standard internazionale. Tale standard denominato SI (sistema internazionale) prevede 4 unit di misura dirette e numerose altre che derivano da queste: metri (spazio), secondi (tempo), chilogrammi (peso), Ampere (intensit di corrente). Esempi di unit derivate sono la velocit (metri/secondi), l'energia (
),
ecc[1].
L'energia di una pallottola in fisica indica esattamente un concetto ben preciso, indica la possibilit da parte dell'oggetto che la possiede di compiere un "lavoro", termine fisico che indica uno spostamento moltiplicato "scalarmene" per una direzione. Tralasciando di approfondire questi concetti rispondo subito alle domande che possono essere di maggior interesse generale:
possibile calcolare dallenergia di una pallottola cosa riesce a perforare? un calcolo facile?
Si il calcolo possibile, ma tutt'altro che facile richiede dati precisi sui materiali e fornisce comunque risultati imprecisi.
L'energia di una pallottola costante?
No, anzi varia continuamente dato che l'attrito con l'aria rallenta ogni secondo che passa la velocit della pallottola. Quindi tale energia massima all'uscita della canna e scende man mano che ci si allontana dal proiettile.
A cosa serve avere molta energia?
Dipende... innanzitutto all'aumentare dell'energia il proiettile aumenta di precisione, poi riesce a perforare bersagli pi spessi, inoltre provoca pi danni colpendo una persona o un animale. Per i corpi antiterrorismo a volte necessario sparare attraverso muri o vetri di aereo ed gi capitato che una pallottola non sia riuscita a perforare un impedimento tra il tiratore e il bersaglio, il vetro di un Boeing 747 (Karachi 1986).
Perch aumenta la precisione?
Nonostante i proiettili si abbassino ugualmente (e alla stessa velocit) la maggiore energia se ottenuta dall'aumento di velocit (non dall'aumento di peso) implica un tempo minore per raggiungere il bersaglio e quindi non da il tempo alla pallottola di abbassarsi. In altre parole l'abbassamento del proiettile dipende solo dalla forza di gravit (non dipende dalla velocit e nemmeno dal suo peso!) e fa s che il proiettile si abbassi di tot centimetri in tot secondi. Se dimezziamo i secondi necessari a colpire il bersaglio diminuir anche l'abbassamento del proiettile.
Perch all'aumentare dell'energia aumentano i danni nei tessuti viventi? Avevo sentito dire che era il contrario...
Effettivamente da poco che stato scoperto. Ma sembra che l'alta velocit produca un effetto ultrasonico nei tessuti in grado di espandere il danno ben oltre la zona circostante la pallottola. Sebbene possa sembrare crudele studiare come essere pi letali, immaginate cosa significhi colpire un terrorista armato senza ucciderlo all'istante mettendo cosi a rischio la vita degli eventuali ostaggi presenti.
Di quanto rallenta un proiettile al secondo?
Anche questo calcolo piuttosto complesso perch chiama in causa l'aereodinamica (che pu essere studiata solo tramite esperimenti) e le equazioni differenziali. In pratica vi basti sapere che la velocit si abbassa tanto pi velocemente quanto pi il proiettile veloce. Quindi scender velocemente appena sparato e poi scender sempre pi lentamente.
In fisica l'energia si conserva, come fa quella del proiettile a scomparire?
La cosa non esatta: non scompare ma si trasforma prima in energia termica (durante il percorso) per attrito con l'aria poi quella rimanente viene ceduta all'oggetto colpito.
L'energia di un proiettile detta "energia cinetica" ne esistono di altri tipi (elettrica, potenziale, termica, ecc.) ed legata al fatto che il proiettile si muove. Tale energia pari a
dove
m sta per massa (si misura con la bilancia)
[2] e v per velocit.
Volendo fare un esempio di come si calcola l'energia di una pallottola possiamo eseguire tale calcolo per una ipotetica pistola che spari proiettili da 20g a 90m/s. Il peso della pallottola pu essere ottenuto con una bilancia elettronica da cucina (si deve usare proprio il valore riportato dalla bilanci, si veda la nota a fondo pagina). Per effettuare una misurazione pi precisa potete pesare 10 proiettili e dividere il peso cos ottenuto per dieci. Per prima cosa convertiamo i grammi in chilogrammi dividendo il valore per mille: 20g = 20/1000 kg = 0,02 kg. La velocit gi in metri al secondo (m/s) quindi procediamo col calcolo (supponiamo che la velocit iniziale della pallottola sia di 300 m/s).
dove
quindi Energia = 900 J
Ovviamente possibile eseguire anche il calcolo contrario: ho un fucile (da softair) che fa 0,98 Joule, la pallottola pesa 0,20g. A che velocit esce la pallottola?
Una velocit (99m/s) in fin dei conti pi che discreta.
Vediamo un ultimo esempio giusto per sincerarci di non avere pi dubbi: prendiamo un caso reale: una carabina ad aria compressa diana. Usiamo le munizioni Diana standard, peso di dieci munizioni = 78 g. Peso di una munizione = 7,8/10 = 0,78 g (pesarne 10 ci permette di essere 10 volte pi precisi rispetto a pesarne solo una). Il peso in Kg si ottiene dividendo per mille ed pari a 0,0078 kg.
La velocit misurata dall'apparecchio stata di: 235 m/s. Per la precisione abbiamo ripetuto la misurazione della velocit sei volte ottenendo ogni volta un valore leggermente diverso, la media[3] dei valori era di circa 235.
Per rendervi conto dell'energia in joule che possiede un proiettile pensate che
una pistola semiautomatica come la beretta 92 F ha una velocit di uscita del proiettile
superiore ai 300 m/s e produce 500 joule di potenza. Si pensi inoltre che i fucili
d'assalto possono imprimere un energia di oltre 3500 joule ed una velocit di 900m/s.
Le carabine ad aria compressa producono circa 7 joule di energia.
L'unit di misura pi usata il Joule e indica l'energia. La misurazione viene ricavata facilmente tramite la misurazione dell
a
velocit del proiettile all'uscita della canna. L'energia posseduta dal proiettile
infatti strettamente dipendente dalla sua velocit istantanea e dal suo peso.
Lo strumento con cui si esegue la misurazione della velocit detto cronografo
e costa intorno ai 150 euro, in pratica consiste di due fotocellule molto sensibili
che misurano il tempo che intercorre tra l'attraversamento della prima e della seconda
fotocellula. Per eseguire la misurazione si spara pochi centimetri al di sopra di
tale strumento. Ovviamente possibile eseguire tale misurazione solo in un poligono
di tiro ove potrete anche richiedere (di solito gratuitamente) lo strumento in questione.La velocit fornita dallo strumento solitamente misurata in m/s secondo lo standard internazionale. Tale standard denominato SI (sistema internazionale) prevede 4 unit di misura dirette e numerose altre che derivano da queste: metri (spazio), secondi (tempo), chilogrammi (peso), Ampere (intensit di corrente). Esempi di unit derivate sono la velocit (metri/secondi), l'energia (
),
ecc[1].L'energia di una pallottola in fisica indica esattamente un concetto ben preciso, indica la possibilit da parte dell'oggetto che la possiede di compiere un "lavoro", termine fisico che indica uno spostamento moltiplicato "scalarmene" per una direzione. Tralasciando di approfondire questi concetti rispondo subito alle domande che possono essere di maggior interesse generale:
possibile calcolare dallenergia di una pallottola cosa riesce a perforare? un calcolo facile?
Si il calcolo possibile, ma tutt'altro che facile richiede dati precisi sui materiali e fornisce comunque risultati imprecisi.
L'energia di una pallottola costante?
No, anzi varia continuamente dato che l'attrito con l'aria rallenta ogni secondo che passa la velocit della pallottola. Quindi tale energia massima all'uscita della canna e scende man mano che ci si allontana dal proiettile.
A cosa serve avere molta energia?
Dipende... innanzitutto all'aumentare dell'energia il proiettile aumenta di precisione, poi riesce a perforare bersagli pi spessi, inoltre provoca pi danni colpendo una persona o un animale. Per i corpi antiterrorismo a volte necessario sparare attraverso muri o vetri di aereo ed gi capitato che una pallottola non sia riuscita a perforare un impedimento tra il tiratore e il bersaglio, il vetro di un Boeing 747 (Karachi 1986).
Perch aumenta la precisione?
Nonostante i proiettili si abbassino ugualmente (e alla stessa velocit) la maggiore energia se ottenuta dall'aumento di velocit (non dall'aumento di peso) implica un tempo minore per raggiungere il bersaglio e quindi non da il tempo alla pallottola di abbassarsi. In altre parole l'abbassamento del proiettile dipende solo dalla forza di gravit (non dipende dalla velocit e nemmeno dal suo peso!) e fa s che il proiettile si abbassi di tot centimetri in tot secondi. Se dimezziamo i secondi necessari a colpire il bersaglio diminuir anche l'abbassamento del proiettile.
Perch all'aumentare dell'energia aumentano i danni nei tessuti viventi? Avevo sentito dire che era il contrario...
Effettivamente da poco che stato scoperto. Ma sembra che l'alta velocit produca un effetto ultrasonico nei tessuti in grado di espandere il danno ben oltre la zona circostante la pallottola. Sebbene possa sembrare crudele studiare come essere pi letali, immaginate cosa significhi colpire un terrorista armato senza ucciderlo all'istante mettendo cosi a rischio la vita degli eventuali ostaggi presenti.
Di quanto rallenta un proiettile al secondo?
Anche questo calcolo piuttosto complesso perch chiama in causa l'aereodinamica (che pu essere studiata solo tramite esperimenti) e le equazioni differenziali. In pratica vi basti sapere che la velocit si abbassa tanto pi velocemente quanto pi il proiettile veloce. Quindi scender velocemente appena sparato e poi scender sempre pi lentamente.
In fisica l'energia si conserva, come fa quella del proiettile a scomparire?
La cosa non esatta: non scompare ma si trasforma prima in energia termica (durante il percorso) per attrito con l'aria poi quella rimanente viene ceduta all'oggetto colpito.
L'energia di un proiettile detta "energia cinetica" ne esistono di altri tipi (elettrica, potenziale, termica, ecc.) ed legata al fatto che il proiettile si muove. Tale energia pari a
dove
m sta per massa (si misura con la bilancia)
[2] e v per velocit.Volendo fare un esempio di come si calcola l'energia di una pallottola possiamo eseguire tale calcolo per una ipotetica pistola che spari proiettili da 20g a 90m/s. Il peso della pallottola pu essere ottenuto con una bilancia elettronica da cucina (si deve usare proprio il valore riportato dalla bilanci, si veda la nota a fondo pagina). Per effettuare una misurazione pi precisa potete pesare 10 proiettili e dividere il peso cos ottenuto per dieci. Per prima cosa convertiamo i grammi in chilogrammi dividendo il valore per mille: 20g = 20/1000 kg = 0,02 kg. La velocit gi in metri al secondo (m/s) quindi procediamo col calcolo (supponiamo che la velocit iniziale della pallottola sia di 300 m/s).
dove
quindi Energia = 900 JOvviamente possibile eseguire anche il calcolo contrario: ho un fucile (da softair) che fa 0,98 Joule, la pallottola pesa 0,20g. A che velocit esce la pallottola?
Una velocit (99m/s) in fin dei conti pi che discreta.
Vediamo un ultimo esempio giusto per sincerarci di non avere pi dubbi: prendiamo un caso reale: una carabina ad aria compressa diana. Usiamo le munizioni Diana standard, peso di dieci munizioni = 78 g. Peso di una munizione = 7,8/10 = 0,78 g (pesarne 10 ci permette di essere 10 volte pi precisi rispetto a pesarne solo una). Il peso in Kg si ottiene dividendo per mille ed pari a 0,0078 kg.
La velocit misurata dall'apparecchio stata di: 235 m/s. Per la precisione abbiamo ripetuto la misurazione della velocit sei volte ottenendo ogni volta un valore leggermente diverso, la media[3] dei valori era di circa 235.
Per rendervi conto dell'energia in joule che possiede un proiettile pensate che
una pistola semiautomatica come la beretta 92 F ha una velocit di uscita del proiettile
superiore ai 300 m/s e produce 500 joule di potenza. Si pensi inoltre che i fucili
d'assalto possono imprimere un energia di oltre 3500 joule ed una velocit di 900m/s.
Le carabine ad aria compressa producono circa 7 joule di energia.
[1]
Per
chi fosse a digiuno di matematica ricordiamo che il simbolo "." indica la moltiplicazione,
il simbolo "/" la divisione e il numero 2 in alto a destra indica l'elevamento
a potenza. L'elevamento a potenza si calcola grazie al simbolo "^" nella maggior
parte delle calcolatrici scientifiche (in alternativa potrebbe comparire il
simbolo "x^y" o xy).
[2] La massa
pari al peso diviso per l'accelerazione di gravit terrestre (9,8) ma non serve
dividere per tale valore il peso misurato da una bilancia poich tutte
le bilance del mondo dividono il peso per 9,8! In altre parole quello che chiamiamo
"peso" di un oggetto e misuriamo con la bilancia in realt pari al peso diviso
per 9,8. Se una bilancia segna 60 Kg quella persona ha un peso di 60*9,8 Kg
= 588 Kg. Le bilance danno infatti un valore che pari alla massa di quella
persona! (ps: sulla luna le bilance dovrebbero essere ritarate dato che 9,8
un valore diverso dall'accelerazione di gravit lunare).
[3] La media di
tot valori si calcola come la loro somma divisa per il loro numero