O que determina a precisão - uma das principais características de uma arma? Obviamente, pela qualidade do cano e do cartucho. Vamos adiar o cartucho por enquanto, mas considere a física do processo.
Pegue uma haste de metal ou tubo feito de metal elástico e fixe-o rigidamente em uma base maciça. Portanto, temos um modelo do dispositivo em estudo. Agora, se batermos na vara, não importa em que lugar e em que direção, ou puxar para trás, ou apertar, ou, enfim, inserindo um cartucho no tubo e dando um tiro, veremos que a vara (barril) entrou em um movimento oscilatório amortecido. Essas vibrações são decompostas nas mais simples, e cada tipo de vibração simples do cano afetará a precisão (exatidão) do tiro à sua própria maneira.
Vamos começar com as vibrações de primeira ordem ou tom. Como você pode ver (Fig. 1), tal oscilação tem apenas um nó no ponto de fixação, a maior amplitude, o tempo de decaimento mais longo e o tempo de oscilação mais longo de um período. Este tempo é 0,017-0,033 seg. O tempo de viagem da bala através do orifício é 0, 001-0, 002 seg. Ou seja, significativamente menor que o ciclo de uma oscilação, o que significa que este tipo de oscilação não tem um efeito significativo na precisão de um único tiro. Mas com o disparo automático, uma imagem interessante pode resultar. Digamos que a taxa de fogo seja de 1200 rds / min, ou seja, tempo de um ciclo - 0,05 seg. Com um período de oscilação de primeira ordem de 0,025 segundos, temos uma razão de frequência múltipla. E esta é uma condição indispensável para a ressonância com todas as conseqüências que se seguem - a arma começa a tremer com tanta força que pode se despedaçar.
Vamos passar para as oscilações de segunda ordem (Fig. 2). Mas sugiro que os alunos de humanidades primeiro realizem um experimento para eliminar as deficiências da educação no campo da física. Você precisa pegar um menino (você pode fazer uma menina), colocá-lo em um balanço e balançar. Antes de você é um pêndulo. Fique ao lado do balanço e tente acertar o menino com a bola. Após uma série de tentativas, você chegará à conclusão de que a melhor forma de acertar é quando o alvo está na primeira fase de oscilação - o desvio máximo do ponto de equilíbrio. Neste ponto, o alvo tem velocidade zero.
Vejamos o diagrama de segunda ordem. O segundo nó de vibração está localizado a aproximadamente 0,22 do final do barril. Este ponto é uma lei da natureza, é impossível criar tais vibrações para a viga cantilever de forma que o segundo nó caia na extremidade livre. Está onde está e não depende do comprimento do cano.
A amplitude de oscilação para o esquema de segunda ordem é menor, mas o tempo de oscilação já é comparável ao tempo de passagem da bala pelo orifício - 0, 0025-0, 005 seg. Portanto, para um único disparo, isso já é de interesse. Para deixar claro do que estamos falando, imagine um barril de 1 metro de comprimento. A bala percorre todo o cano em 0,001 segundos. Se o período de oscilação for 0,004 seg., Então, quando a bala sair do cano, o cano atingirá sua dobra máxima na primeira fase. A questão para as humanidades é - em que ponto (em que fase) é melhor atirar uma bala para fora do cano para garantir a consistência dos resultados? Lembre-se do swing. No ponto zero, o vetor da velocidade de deflexão do tronco é máximo. É mais difícil para uma bala atingir este ponto no corte do cano, ela também tem seu próprio erro de velocidade. Ou seja, o melhor momento para a projeção do projétil será quando o cano estiver no ponto mais alto da primeira fase de deflexão - como na figura. Então, desvios insignificantes na velocidade da bala serão compensados pelo maior tempo gasto pelo cano em sua fase mais estável.
Uma representação gráfica desse fenômeno pode ser vista claramente no diagrama (Fig. 4-5). Aqui - Δt é o erro de tempo com que a bala atravessa a boca do cano. Na fig. 4 é ideal quando o tempo médio de decolagem do projétil coincide com a fase zero da oscilação do cano. (Matemáticos! Eu sei que a distribuição da velocidade não é linear.) A área sombreada é o ângulo de propagação das trajetórias.
Na Fig. 5, o comprimento do cano e o erro de velocidade permanecem os mesmos. Mas a fase da curvatura do cano é deslocada de forma que o tempo médio de saída coincida com a deflexão máxima do cano. Os comentários são supérfluos?
Bem, vale a pena a vela? Quão severos podem ser os desvios causados por oscilações de segunda ordem? Sério e muito sério. De acordo com o professor soviético Dmitry Aleksandrovich Ventzel, em um dos experimentos os seguintes resultados foram obtidos: o raio do desvio médio aumentou 40% com uma mudança no comprimento do cano em apenas 100 mm. Para efeito de comparação, um processamento de barril de alta qualidade pode melhorar a precisão em apenas 20%!
Agora vamos dar uma olhada na fórmula para a frequência de vibração:
Onde:
k - coeficiente para oscilações de segunda ordem - 4, 7;
L é o comprimento do cano;
E é o módulo de elasticidade;
I é o momento de inércia da seção;
m é a massa do tronco.
… e proceder à análise e conclusões.
A conclusão óbvia das Figuras 4-5 é o erro de velocidade do projétil. Depende da qualidade do pó e de seu peso e densidade no cartucho. Se esse erro for pelo menos um quarto do tempo do ciclo, todo o resto pode ser abandonado. Felizmente, a ciência e a indústria alcançaram uma estabilidade muito grande nessa questão. E para os mais sofisticados (no banco, por exemplo) existem todas as condições para a automontagem dos cartuchos de forma a ajustar a fase de liberação do projétil exatamente ao comprimento do cano.
Portanto, temos um cartucho com a menor variação de velocidade possível. O comprimento do cano foi calculado com base em seu peso máximo. A questão da estabilidade surge. Nós olhamos para a fórmula. Quais variáveis afetam a mudança na frequência de oscilação? Comprimento do cano, módulo de elasticidade e massa. O cano aquece durante o disparo. O calor pode alterar o comprimento do cano de modo que a precisão seja afetada. Sim e não. Sim, uma vez que este valor está dentro de centésimos de um por cento para uma temperatura de 200 C. Não, uma vez que a mudança no módulo de elasticidade do aço para a mesma temperatura é de cerca de 8-9%, para 600C é quase o dobro. Ou seja, muitas vezes mais alto! O cano fica mais macio, a fase de curvatura do cano muda para a frente no momento em que a bala sai, a precisão diminui. Bem, o que um analista atencioso diz? Ele dirá que é impossível obter precisão máxima no comprimento de um cano no modo frio e quente! A arma pode ter um melhor desempenho com cano frio ou quente. Conseqüentemente, duas classes de armas são obtidas. Uma é para ações de emboscada, quando o alvo deve ser acertado desde o primeiro - tiro "frio", pois a precisão do segundo será pior devido ao inevitável aquecimento do cano. Em tal arma, não há necessidade urgente de automação. E a segunda classe são os rifles automáticos, cujo comprimento do cano é ajustado ao cano quente. Nesse caso, um possível erro devido à baixa precisão de um tiro frio pode ser compensado por um tiro quente subsequente rápido e mais preciso.
EF Dragunov conhecia a física desse processo muito bem quando estava projetando seu rifle. Sugiro que você se familiarize com a história de seu filho Alexei. Mas, primeiro, alguém terá que quebrar seus cérebros. Como você sabe, duas amostras de Konstantinov e Dragunov se aproximaram da final da competição por um rifle de precisão. Os designers eram amigos e ajudavam-se em tudo. Assim, o rifle de Konstantinov foi "ajustado" para modo frio, o rifle de Dragunov para "quente". Tentando melhorar a precisão do rifle do rival, Dragunov dispara seu rifle com longas pausas.
Vamos examinar a fórmula novamente. Como você pode ver, a frequência também depende da massa do barril. A massa do tronco é constante. Mas o contato forte com o forend produz um feedback positivo imprevisível para o cano. O sistema - barril-forend-braço (suporte) terá um momento de inércia diferente (um conjunto de massas em relação ao ponto de fixação), o que significa que isso também pode causar uma mudança de fase. É por isso que os atletas usam soft support. A mesma característica está associada à aplicação do princípio do "cano suspenso", quando a extremidade dianteira da arma não tem contato forte com o cano e está rigidamente fixada a ele (a arma) apenas na área do receptor, e a segunda extremidade ou não toca o barril ou toca através de uma junta com mola (SVD).
Pensamento final. O fato de com o mesmo comprimento de cano ser impossível obter a mesma precisão em diferentes temperaturas é um excelente motivo para esticar o cérebro. Só é necessário alterar o comprimento e / ou massa do barril quando a temperatura do barril muda. Sem alterar o comprimento ou o peso do cano. Do ponto de vista das humanidades, isso é um paradoxo. Do ponto de vista de um técnico, uma tarefa ideal. Toda a vida de um designer está ligada à solução de tais problemas. Os Sherlocks estão descansando.
