Выстрел это что по физике
Физические основы явления выстрела
В некотором приближении поведение пороховых газов можно описать с помощью уравнения Менделеева ¾ Клапейрона. Это позволяет качественно проанализировать явление выстрела и построить графики зависимости давления газа p скорости пули v от пути l, проходимого ею в канале ствола (см. Рис.).
Рассмотрим, как происходит процесс выстрела. Его длительность можно условно разделить на такие последовательные периоды: предварительный ¾ от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола; первый ¾ от начала движения пули по стволу до полного сгорания порохового заряда; второй ¾ от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули из ствола; третий ¾ от момента вылета пули до прекращения возрастания её скорости.
Рассмотрим, как меняется давление порохового газа при выстреле (кривая I на рис.).
 |
Предварительный период. Во время горения заряда образуется пороховой газ. Давление его можно выразить формулой:
(1)
где Т, V и m ¾ соответственно температура, объём и масса порохового газа, М ¾ его молярная масса, R ¾ универсальная газовая постоянная. Поскольку объём газа не меняется, а температура и масс резко увеличиваются, давление газа будет расти по закону:
,
где С ¾ постоянная величина. Давление пороховых газов будет возрастать до тех пор, пока пуля не сдвинется с места.
Первый период. Его условно можно разделить на три полпериода. Рассмотрим их поочерёдно.
1. Масса порохового газа m возрастает быстрее, чем объём V запульного пространства (объём, заключённый между дном пули и дном гильзы). Учитывая, что
(S ¾ площадь сечения канала ствола, l ¾ путь пули в канале ствола), изменение давления газа в первый подпериод можно представить графически в виде участка 1-2 кривой I.
2. Скорость возрастания массы порохового газа становится близкой к скорости движения пули, или, что одно и то же, к скорости изменения объёма V. Тогда формула (1) принимает вид
,
где С1 ¾ постоянная величина. Графически изменение давления в этот подпериод можно представить в виде участка 3-4 кривой I.
3. Объём V запульного пространства вследствие быстрого увеличения скорости пули растёт гораздо быстрее массы m притока порохового газа, и изменением массы можно пренебречь. Тогда формула (1) примет вид:
,
где С2 ¾ постоянная величина. Изменение давления газа в этот подпериод можно представить в виде участка 5-6 кривой I.
Промежуточные процессы между подпериодами можно приближённо изобразить соответствующими участками 2-3 и 4-5 кривой I.
Второй период. Так как весь пороховой заряд уже сгорел, масса газа не меняется. Тогда формула (1) принимает вид
,
где С3 ¾ постоянная величина. Изменение давления можно представить участком 6-7 кривой I.
Третий период. Часть газа вырывается из канала ствола вслед за пулей, при встрече с воздухом образует пламя и ударную волну. Следовательно, масса газа m уменьшается. Так как при этом увеличивается объём газа, то, согласно формуле (1), происходит резкое падение давления газа (участок 7-8 кривой I). Это уменьшение происходит до тех пор, пока давление порохового газа на дно пули не уравновесится сопротивлением воздуха.
График изменения скорости пули в канале ствола (кривая II на рис.) можно построить, если предположить, что сила, действующая на пулю со стороны пороховых газов, много больше силы сопротивления, силы трения и т. д.
В предварительный период скорость пули не меняется. В остальные периоды ускорение пули пропорционально давлению. Действительно, на пулю действует сила:
,
где p ¾ давление порохового газа, S ¾ площадь сечения канала ствола. Следовательно, если масса пули m, то её ускорение
.
Поскольку давление газа в канале ствола во все периоды много больше атмосферного, ускорение пули будет больше нуля, т. е. Она будет двигаться ускоренно.
В первый подпериод ускорение увеличивается, следовательно, скорость пули будет резко возрастать. Графически это изменение скорости можно представить в виде участка 1-2 кривой II. Во второй подпериод ускорение почти не изменяется, поэтому движение пули будет близким к равноускоренному (участок 3-4 кривой II). В третий подпериод ускорение пули уменьшается, но остаётся положительным, следовательно, прирост скорости пули уменьшается (участок 5-6 кривой II). Во второй и третий периоды происходит дальнейшее уменьшение ускорения, что соответствует уменьшению прироста скорости (участок 7-8 кривой II).
Можно исследовать начальную скорость пули с помощью законов сохранения. Начальной скоростью пули называется та скорость, с которой она покидает канал ствола. Закон сохранения энергии для явления выстрела можно записать так:
. (2)
(3)
(q ¾ теплота сгорания пороха, m1 ¾ его масса);
(4)
(m2 ¾ масса пули, V ¾ её скорость в момент вылета из ствола);
(5)
,
выражение (5) можно записать в виде:
. (6)
Энергия Е4 зависит прежде всего от длины ствола l. При малой длине много энергии будет выбрасываться наружу, при слишком большой окажутся значительными потери энергии на нагревание ствола и преодоление сил сопротивления, действующих на пулю в его канале. Следовательно, важно выбрать некоторую оптимальную длину ствола, при которой энергия Е4 будет минимальной.
Учитывая (3)-(6) и приведённые выше рассуждения, выражение (2) можно переписать в виде:
.
Откуда начальная кинетическая энергия пули:
.
С помощью этой формулы легко доказать следующие утверждения:
· начальная скорость пули зависит от длины ствола, массы пули, массы порохового заряда и от других факторов;
· при постоянных длине ствола и массе порохового заряда начальная скорость пули тем больше, чем меньше её масса.
Явление выстрела
Артиллерийский выстрел представляет собой сложный комплекс физических и химических явлений. Знание о происходящих во время выстрела процессах и о влиянии на них большого числа внешних факторов помогает артиллеристам при расчете данных для вычисления точных установок для стрельбы и, как следствие, способствует успешному выполнению стоящих перед артиллерией боевых задач.
Событие выстрела можно условно разделить на две стадии — движение снаряда в канале ствола артиллерийского орудия и на комплекс явлений, происходящих после вылета снаряда из ствола. Более подробное описание каждой из этих стадий приведено ниже.
Движение снаряда в канале ствола орудия
После того, как затвор казенной части орудия заперт, производится подрыв метательного заряда, чаще всего путем механического удара по капсюлю. Капсюль инициирует химическую реакцию самоокисления вещества метательного заряда (пороха, пироксилина, баллистита). Это вещества являются взрывчатыми, но в них химическая реакция самоокисления носит характер быстрого горения, а не детонации, как у динамита, тринитротолуола или гексогена. Это необходимо для предотвращения чрезмерно быстрого газообразования внутри ствола орудия, которое может привести к прорыву газов сквозь затвор или даже к разрыву орудия. При горении метательного заряда запасенная в нём химическая энергия переходит во внутреннюю энергию хаотического движения молекул пороховых газов. Величина удельного энерговыделения Q зависит от вида вещества метательного заряда, находясь в диапазоне 5-10 МДж/кг. Впоследствии часть тепловой энергии пороховых газов преобразуется в механическую кинетическую энергию снаряда.
Вплоть до момента пересечения днищем снаряда дульного среза орудия система «снаряд-ствол-пороховые газы» является замкнутой, то есть к ней применимы законы сохранения импульса, энергии и момента импульса. Однако для расчета дульной скорости практическое значение имеют только два первых закона сохранения. В гладкоствольных орудиях вращательные движения и вовсе отсутствуют. В нарезных орудиях доля энергии, идущая на придание снаряду осевого вращательного движения, как правило много меньше доли, идущей на его разгон. Оба этих закона сохранения позволяют оценить энергию отдачи и коэффициент полезного действия (КПД) орудия как тепловой машины в целом.
Из этого уравнения можно рассчитать скорость откатных частей и значение кинетической энергии отдачи E = 0.5MV² от вылета снаряда, которая нужна в ходе проектирования противооткатных устройств орудия и для возможного оснащения ствола дульным тормозом. Эти устройства нужны для смягчения ударных нагрузок на лафет при отдаче. Аналогично, рассчитав полезную кинетическую энергию снаряда e = 0.5mснv², можно получить КПД орудия, разделив e на mпгQ (так как масса пороховых газов равна массе метательного заряда).
В качестве примера рассмотрим 121.92-мм корпусное орудие А-19 обр. 1931/37 г, обладающее следующими характеристиками и боеприпасами:
Рассчитав по вышеприведенным формулам импульсы снаряда и пороховых газов, получим:
Исходя из этого, V = P / M = 8.96 м/с и E = 96 кДж. Взяв за оценку верхнюю границу Q как 10 МДж/кг и получив e = 8 МДж, можно примерно оценить КПД орудия А-19 как 8 / (10 * 3.8) = 0.21.
Однако знания P недостаточно для вычисления полной энергии отдачи, так как сам процесс отдачи продолжается уже после вылета снаряда. Поэтому рассмотрим вторую фазу явления выстрела — последействие после вылета снаряда.
Последействие
Полное же распределение энергии при выстреле варьирует в зависимости от типа орудия, метательного заряда и снаряда, но в целом картина выглядит приблизительно так:
Источники информации
Полезное
Смотреть что такое «Явление выстрела» в других словарях:
Осечка — явление, состоящее в том, что после исполнения всего необходимого для воспламенения заряда в оружии (разбивание капсюля в патроне при стрельбе из ружей и орудий, стреляющих унитарным патроном; воспламенение вытяжной трубки или электрического… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Тропические леса и их Фауна — Блистает лес красой богатой. Как некий новый, дивный мир. До сих пор мы бродили по пустыне и ознакомились со степью; бросим теперь взгляд на леса внутренней Африки, которые можно назвать девственными лесами. Многие из них не… … Жизнь животных
Семейство ястребиные — Птицы, принадлежащие к этому семейству, характеризуются совершенно оперенными плюснами, достигающими длины среднего пальца, кругловатыми или яйцевидными, почти вертикально расположенными в восковице ноздрями и хвостом, равным половине… … Жизнь животных
Ломоносов, Михаил Васильевич — — ученый и писатель, действительный член Российской Академии Наук, профессор химии С. Петербургского университета; родился в дер. Денисовке, Архангельской губ., 8 ноября 1711 г., скончался в С. Петербурге 4 апреля 1765 года. В настоящее… … Большая биографическая энциклопедия
Семейство кошачьи — (Felidae)* * Кошачьи действительно, как пишет Брем, представляют собой самый совершенный тип хищников иными словами наиболее специализированные представители отряда. Семейство включает 36 видов, группируемых в 10 12 родов (хотя разные… … Жизнь животных
Семейство полорогие — (Bovidae)** * * Семейство полорогих, или бычьих самая обширная и разнообразная группа парнокопытных, включает 45 50 современных родов и около 130 видов. Полорогие животные составляют естественную, ясно очерченную группу. Как ни… … Жизнь животных
Семейство вьюрковые — Однажды в августе, рассказывает Одюбон, когда я с трудом плелся вдоль берега реки Могаук, меня застигла ночь. Я был мало знаком с этой частью страны и решил поэтому переночевать там, где находился. Вечер был прекрасный и теплый, звезды… … Жизнь животных
Основы и правила стрельбы
1. Явление выстрела
2. Выстрел и его периоды
Выстрел происходит в очень короткий промежуток времени (0,001-0,06 сек).
При выстреле различают четыре последовательных периода:
3. Начальная скорость пули, образование траектории
3.1. Начальная скорость пули
3. 2. Образование траектории
Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули в полете.
Пуля при полете в воздухе подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха.
Сила тяжести заставляет пулю постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет движение пули и стремится опрокинуть ее.
В результате действия этих сил скорость полета пули постепенно уменьшается, а ее траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.
4. Нормальные (табличные) условия стрельбы
Табличные данные траектории соответствуют нормальным условиям стрельбы.
За нормальные (табличные) условия приняты следующие:
Метеорологические условия:
Баллистические условия:
Топографические условия:
При отклонении условий стрельбы от нормальных может возникнуть необходимость определения и учета поправок дальности и направления стрельбы.
5. Влияние внешних факторов на полет пули
6. Пробивное (убойное) действие пули
Для стрельбы из автомата применяются патроны с обыкновенными (со стальным сердечником) и трассирующими пулями. Убойность пули и ее пробивное действие в основном зависит от дальности до цели и скорости, которой будет обладать пуля в момент встречи с целью.
Наименование преграды (защитных средств)
Дальность стрельбы, м.
% сквозных пробитий или глубина проникания пули
Что называется выстрелом.
3. Выстрелом называется момент начала движения пули (гранаты) в канале ствола до момента вылета, при помощи энергии газов, образующихся при сгорании порохового заряда.
4. Все варианты верны.
3. Что называется начальной скоростью полета пули?
2. Скорость движения пули у дульного среза ствола.
3. Максимальная скорость движения пули в пространстве.
4. Траектория полета пули – это?
2. Линия, по которой движется пуля (снаряд).
3. Движение пули (снаряда) в пространстве.
1. Наука о движении тел.
2. Наука о траектории движения тел.
3. Наука о движении тел, брошенных в пространстве.
6. Линия прицеливания – это?
1. Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с её краями) до мушки.
2. Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с её краями) до точки прицеливания.
3. Прямая линия, проходящая от глаза стрелка через середину прорези прицела (на уровне с её краями) и вершину мушки в точку прицеливания.
7. Точка прицеливания – это?
1. Точка на цели (вне её), в которую смотрит стрелок.
3. Оба варианта правильные.
8. Внутренняя баллистика изучает?
1. Явления, происходящие в ударно-спусковом механизме после выстрела.
2. Явления, происходящие в канале ствола после выстрела.
3. Явления, происходящие в канале ствола во время выстрела.
4. Все варианты верны.
9. Внешняя баллистика изучает?
2. Движение пули после прекращения действия на нее пороховых газов.
3. Движение пули с момента начала движения в канале ствола до прекращения на нее действия пороховых газов.
10. Прямой выстрел – это?
1. Выстрел, траектория полета пули которого превышает высоту цели.
2. Выстрел, траектория полета пули которого не превышает высоту цели над линией прицеливания на всем своем протяжении.
3. Выстрел, траектория полета пули которого не превышает высоту цели над линией прицеливания в начале полета пули.
4. Выстрел, траектория полета пули которого не превышает высоту цели над линией прицеливания в конце полета пули.
Начальник ОПП УРЛС
ГУ МВД России по Пермскому краю
подполковник внутренней службы Е.А. Николаев
Дата добавления: 2015-09-13 ; просмотров: 9 ; Нарушение авторских прав
Выстрел
Выстрел представляет собой сложный комплекс физических и химических явлений. Знание о происходящих во время выстрела процессах и о влиянии на них большого числа внешних факторов помогает артиллеристам при расчете данных для вычисления точных установок для стрельбы и, как следствие, способствует успешному выполнению стоящих перед артиллерией боевых задач.
Событие выстрела можно условно разделить на две стадии — движение снаряда в канале ствола артиллерийского орудия и комплекс явлений, происходящих после вылета снаряда из ствола. Более подробное описание каждой из этих стадий приведено ниже.
Содержание
Движение снаряда в канале ствола орудия
После того, как затвор казенной части орудия заперт, производится подрыв метательного заряда, чаще всего путем механического удара по капсюлю. Капсюль инициирует химическую реакцию самоокисления вещества метательного заряда (пороха, пироксилина, баллистита). Это вещества являются взрывчатыми, но в них химическая реакция самоокисления носит характер быстрого горения, а не детонации, как у динамита, тринитротолуола или гексогена. Это необходимо для предотвращения чрезмерно быстрого газообразования внутри ствола орудия, которое может привести к прорыву газов сквозь затвор или даже к разрыву орудия. При горении метательного заряда запасенная в нём химическая энергия переходит во внутреннюю энергию хаотического движения молекул пороховых газов. Величина удельного энерговыделения Q зависит от вида вещества метательного заряда, находясь в диапазоне 5-10 МДж/кг. Впоследствии часть тепловой энергии пороховых газов преобразуется в механическую кинетическую энергию снаряда.
Вплоть до момента пересечения днищем снаряда дульного среза орудия система «снаряд-ствол-пороховые газы» является замкнутой, то есть к ней применимы законы сохранения импульса, энергии и момента импульса. Однако для расчета дульной скорости практическое значение имеют только два первых закона сохранения. В гладкоствольных орудиях вращательные движения и вовсе отсутствуют. В нарезных орудиях доля энергии, идущая на придание снаряду осевого вращательного движения, как правило много меньше доли, идущей на его разгон. Оба этих закона сохранения позволяют оценить энергию отдачи и коэффициент полезного действия (КПД) орудия как тепловой машины в целом.
Из этого уравнения можно рассчитать скорость откатных частей и значение кинетической энергии отдачи E = 0.5MV² от вылета снаряда, которая нужна в ходе проектирования противооткатных устройств орудия и для возможного оснащения ствола дульным тормозом. Эти устройства нужны для смягчения ударных нагрузок на лафет при отдаче. Аналогично, рассчитав полезную кинетическую энергию снаряда e = 0.5mснv², можно получить КПД орудия, разделив e на mпгQ (так как масса пороховых газов равна массе метательного заряда).
В качестве примера рассмотрим 121.92-мм корпусное орудие А-19 обр. 1931/37 г, обладающее следующими характеристиками и боеприпасами:
Рассчитав по вышеприведенным формулам импульсы снаряда и пороховых газов, получим:
Исходя из этого, V = P / M = 8.96 м/с и E = 96 кДж. Взяв за оценку верхнюю границу Q как 10 МДж/кг и получив e = 8 МДж, можно примерно оценить КПД орудия А-19 как 8 / (10 * 3.8) = 0.21.
Однако знания P недостаточно для вычисления полной энергии отдачи, так как сам процесс отдачи продолжается уже после вылета снаряда. Поэтому рассмотрим вторую фазу явления выстрела — последействие после вылета снаряда.