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Fisica in Airsoft

11/09/2019
Palla softair da 5.95 mm

Nel mondo di softair siamo abituati a gestire termini, unità ed espressioni del mondo della fisica senza conoscerli o capirli molto bene.

Di The Night Horseman, 2001.

In questo articolo esamineremo alcuni concetti di base che ci aiutano a comprendere meglio questa relazione tra softair e le scienze fisiche e chiarire il significato di alcuni termini.


LA BALLISTICA
Questo antico ramo della Fisica iniziò a essere studiato, senza accorgersene, dai primi umanoidi che si dedicarono al lancio di pietre e bastoni. Si sono resi conto che la traiettoria del proiettile è influenzata da vari aspetti fisici comuni a tutti, questi aspetti fisici naturali e universali sono le leggi fisiche. Queste leggi regolano la traiettoria di qualsiasi proiettile, inclusi i bbs utilizzati in airsoft.
Fondamentalmente la balistica studia il movimento di un corpo in una, due o tre dimensioni, basato su una velocità, una traiettoria, un effetto e una morfologia del proiettile iniziale che viene modificata dalla resistenza dell'aria e dalla gravità in condizioni ideali, cioè , senza turbolenze, venti o uccelli che deviano il proiettile.
La balistica più sviluppata è quella che studia i proiettili sparati dalle armi da fuoco in cui si cerca di minimizzare il fattore di resistenza dell'aria dalla morfologia, dall'effetto giroscopico che vi è impresso, dalla massa e dalla velocità di uscita del proiettile. Ma dal momento che la balistica dei nostri bbs è influenzata dalla resistenza dell'aria a causa della loro morfologia sferica, del peso ridotto e della velocità di uscita in modi diversi, la balistica classica non può essere applicata direttamente. Ecco perché la traiettoria di un bb è più simile a quella di una freccia che a quella di un proiettile (quindi, molte volte siamo costretti a usare il tiro parabolico invece del tiro più efficace).


UNITÀ FISICHE
Per muoversi nel mondo della fisica dobbiamo sapere come vengono misurati i suoi parametri e come convertirli in altri simili. Per misurare questi parametri utilizziamo le unità metriche che variano in base al parametro da misurare. A airsoft siamo interessati alla velocità di uscita del bb e al suo peso.
Con questi due parametri saremo in grado di ottenere altri come l'energia cinetica di cui parleremo più avanti.
Per misurare la velocità di uscita del bb utilizziamo due tipi di unità:
- Unità del sistema metrico internazionale: “m / s”; metri al secondo (i metri che il bb percorre in un secondo).
- Unità del sistema pagano-medievale anglosassone: "fps"; piedi al secondo (cioè i piedi che il bb percorre in un secondo).

Poiché l'unità di tempo è la stessa (secondi), dobbiamo solo conoscere l'equivalenza tra piedi e metri per passare da un'unità all'altra:
un piede è 0´3048 metri
un metro è 3 piedi.
Per passare da "m / s" a "fps" dobbiamo moltiplicare per 3'2808 e per passare da "fps" a "m / s" dobbiamo moltiplicare per 0'3048.

Esempio: il mio fusco scatta a 330 fps quindi 330 x 0´3048 possiamo dire che il mio fusco scatta a 100´584 m / s

Fortunatamente, non ci danno il peso del bb in grani o in sterline pagane, ma ce lo offrono in unità internazionali, cioè in "grammi". Di solito un bb pesa 0.2 grammi, ovvero un quinto di grammo (cioè con 5 bb avremmo 1 grammo di peso). Ma per usare questo valore in fisica dobbiamo farlo in chilogrammi.
Per passare da grammi a chilogrammi dividiamo per 1000, quindi 0'2 grammi saranno 0'0002 chilogrammi.


ENERGIA CINETICA
Il modo corretto di misurare la potenza di un AEG è determinato da questo valore, poiché, sebbene siamo abituati a somigliare alla velocità di uscita ("" fps "") alla potenza, è completamente errato, sebbene abbia una certa relazione.
L'energia cinetica potrebbe essere equiparata al danno fatto dal proiettile poiché sia ​​la velocità della museruola che la massa del proiettile sono coinvolte in questo parametro (un impatto a 300 fps di 0'20 bb non è uguale a quello di un bb che pesa 0'40).

L'energia cinetica, per definizione, è la capacità di fare il "lavoro" di un corpo in movimento su un altro sistema. Così esposto è incomprensibile, in particolare il concetto di "lavoro", cercherò di spiegarlo chiaramente; Diciamo che quando c'è un impatto su di noi, il bb (il corpo) trasmette un'energia (svolge un "lavoro") nel punto di impatto che provoca la deformazione dei nostri tessuti che dissipa quell'energia (l'energia cinetica del bb è trasmesso dal bb al nostro corpo). Quindi questa energia cinetica dipende dalla velocità e dal peso del bb.
Quel "lavoro" che ho commentato in precedenza può sembrare ad alcuni di voi un concetto strano ma non è così, siete abituati ad usarlo, quante volte avete detto qualcosa sulle molle in luglio?
L'unità del sistema internazionale di misurazione del lavoro e dell'energia è il famoso "luglio". Quindi l'energia cinetica viene misurata in joule, che è una misura corretta per calcolare la potenza o il danno che un AEG può fare. Questa è la sua equazione:

Ec = ½ mvv

Ec = energia cinetica
m = massa di bb in chilogrammi
v = velocità del bb in m / s

Esempio: il mio fucile spara munizioni da 0 a 20 grammi ad una velocità di 350 fps, che potenza ha?:
Passiamo la velocità am / s; 350 fps x 0´3048 = 106´68 m / s.
Passiamo il peso del bb a chilogrammi; 0´20 grammi = 0´0002 chilogrammi
Sostituiamo nella formula gli elementi:
Ec = ½ x 0´0002 x 106´68 x 106´68 = 1.138 Joule di potere.


PERCORSO DEL PROGETTILE
Come ho accennato in precedenza, i fattori che influenzano la traiettoria di un proiettile in condizioni ideali sono, principalmente, la resistenza dell'aria e la gravità (altri come le variazioni di gravità e la rotazione della terra sono trascurati per semplicità).
Supponendo che siamo in grado di regolare il hop-up in modo che bb abbia un percorso il più dritto possibile (il che è molto da supporre) potremmo applicare una serie di formule per conoscerne l'ambito effettivo.
La parte della fisica che studia il movimento di un corpo in due dimensioni (o tre, ma ci preoccupiamo solo di due) è la "meccanica".
La meccanica non tiene conto della resistenza dell'aria poiché in linea di principio è molto bassa per i corpi che non sono molto leggeri. Quindi, se sparassimo in orizzontale, il bb sarebbe attratto dal terreno per gravità (nel vuoto manterrebbe la sua traiettoria diritta e non rallenterebbe, ideale per i nostri giochi, ma se è difficile ottenere un campo qui immagina lassù).
In questi termini potremmo calcolare la "caduta" del bb, ovvero quanto lontano da noi toccerebbe il terreno.

Studiamo il movimento del proiettile in due dimensioni (altezza e lunghezza) perché per noi conta molto poco se si discosta lateralmente nel calcolo della portata. Quindi possiamo descrivere il movimento di un bb usando due formule correlate che descrivono il movimento di detto bb per ciascuna delle due dimensioni. Il primo misura la distanza (lunghezza) che il bb raggiungerebbe in un tempo se la gravità non esistesse e il secondo misura la distanza che il bb percorre in verticale (altezza) per un determinato tempo senza tener conto della componente orizzontale (lunghezza):

- Per la lunghezza e trascurando la resistenza dell'aria, abbiamo: X = VTT
Dove X è la distanza percorsa dal proiettile (intervallo), V è la velocità del proiettile e T è il tempo in cui il proiettile è nell'aria.
- Per l'altezza abbiamo: Y = VT - ½ gTT
Y essendo l'altezza del tiro, V la velocità verticale del proiettile, T il tempo in cui il proiettile è nell'aria e la gravità.

Se assumiamo di sparare il nostro AEG dalla spalla (circa 1 metri di altezza) a una velocità di 5 m / s. La velocità del proiettile ha una componente orizzontale ma non verticale, in quella direzione subisce un'accelerazione verso il suolo per gravità, quindi la velocità verticale del proiettile è zero. L'accelerazione di gravità è, in media, 100´9.
Sostituiamo nella seconda formula tale che:
1´5 = 0 - ½ 9´8 TT
Cancelliamo il tempo (T) per trovare quanti secondi ci vorranno affinché il proiettile raggiunga il suolo: o:
TT = 0´3
T = 0'54 secondi
Sostituiamo nella prima formula:
X = 100 x 0´54 = 54 metri
Così avremmo ottenuto una portata massima teorica di 54 metri sull'orizzontale. Questo presupponendo che abbiamo sparato parallelamente al terreno e non abbiamo avuto resistenza all'aria. Se volessimo aumentare la parabola e raggiungere una distanza maggiore, raggiungeremmo la massima distanza di tiro con un angolo di 45º rispetto all'orizzontale se l'obiettivo fosse alla nostra stessa altezza.


RESISTENZA ALL'ARIA
Perché scartare la resistenza dell'aria in questi calcoli? La resistenza dell'aria dipende in gran parte dalla velocità del proiettile e dalla sua forma, quindi se una palla viene lanciata a 20 m / s la resistenza dell'aria sarà trascurabile per il movimento di detta palla, ma se viene lanciato un proiettile a 900 m / s la portata viene ridotta fino a 20 volte perché a velocità più elevate la resistenza dell'aria è molto maggiore. Quindi avremmo bisogno di una funzione che calcoli la resistenza dell'aria per la velocità in ciascun punto della traiettoria del proiettile, che è molto complessa. Se prendiamo in considerazione la resistenza dell'aria, queste formule meccaniche non sarebbero valide.
Esistono programmi balistici in grado di calcolare traiettorie basate sul calibro delle munizioni, sulla velocità della museruola e sulla morfologia dei proiettili, ma solo per le munizioni antincendio.

DIFFERENZE TRA DIVERSE MUNI DI PESO
Le misurazioni cronografiche delle velocità di uscita del nostro AEG devono essere eseguite con munizioni dello stesso peso poiché viene misurata solo la velocità, non la potenza. .
Se con lo stesso AEG spariamo munizioni di 0 e 20 otterremo due diverse velocità di uscita, la seconda più bassa della prima.
Questo perché l'aria che spinge il pistone della scatola del cambio deve spostare più peso.
Nonostante la velocità di uscita più bassa, la traiettoria del proiettile è più dritta perché, come abbiamo discusso in precedenza, avere più peso è meno influenzato dal passaggio attraverso gli strati d'aria.
Vediamo che la velocità di uscita varia, ma varia l'energia cinetica del proiettile?
Come abbiamo visto prima, quando si calcola la gamma di un proiettile il peso del proiettile non interviene affatto, ma solo la velocità. Quindi due proiettili di peso diverso alla stessa velocità avranno lo stesso raggio, cosa li differenzia allora? energia cinetica.

Esempio: se il mio AEG spara a 350 fps di munizioni da 0 a 20 grammi, i proiettili hanno una Ec di 1´138 J
Se tiro munizioni da 0'30 grammi, la velocità scende drasticamente a 285 fps ma l'energia cinetica rimane.
Quindi se misuriamo due AEG che sparano 0´20 e 0´30 ciascuno e ci danno la stessa velocità, ad esempio, di 350 fps, l'energia cinetica sarebbe 1'138 J e 1'7 J; il secondo farebbe molto più danno del primo dando la stessa velocità del cronografo.

Con il quale se usiamo munizioni più pesanti nello stesso AEG miglioreremo la precisione, faremo lo stesso danno ma perderemo la portata.


Spero che sia stato dolce leggere questo mattone nella sua interezza.

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