Potenza di un arma

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Come si misura la potenza di un'arma?
L'unità di misura più usata è il Joule e indica l'energia. La misurazione viene ricavata facilmente tramite la misurazione dell a velocità del proiettile all'uscita della canna. L'energia posseduta dal proiettile è infatti strettamente dipendente dalla sua velocità istantanea e dal suo peso. Lo strumento con cui si esegue la misurazione della velocità è 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 è possibile eseguire tale misurazione solo in un poligono di tiro ove potrete anche richiedere (di solito gratuitamente) lo strumento in questione.

La velocità fornita dallo strumento è solitamente misurata in m/s secondo lo standard internazionale. Tale standard denominato SI (sistema internazionale) prevede 4 unità di misura dirette e numerose altre che derivano da queste: metri (spazio), secondi (tempo), chilogrammi (peso), Ampere (intensità di corrente). Esempi di unità derivate sono la velocità (metri/secondi), l'energia ( ), ecc[1].
L'energia di una pallottola in fisica indica esattamente un concetto ben preciso, indica la possibilità 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:

È possibile calcolare dall’energia di una pallottola cosa riesce a perforare? È un calcolo facile?
Si il calcolo è possibile, ma è tutt'altro che facile richiede dati precisi sui materiali e fornisce comunque risultati imprecisi.

L'energia di una pallottola è costante?
No, anzi varia continuamente dato che l'attrito con l'aria rallenta ogni secondo che passa la velocità della pallottola. Quindi tale energia è 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 più spessi, inoltre provoca più danni colpendo una persona o un animale. Per i corpi antiterrorismo a volte è necessario sparare attraverso muri o vetri di aereo ed è già 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).

Perchè aumenta la precisione?
Nonostante i proiettili si abbassino ugualmente (e alla stessa velocità) la maggiore energia se ottenuta dall'aumento di velocità (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 gravità (non dipende dalla velocità e nemmeno dal suo peso!) e fa sì che il proiettile si abbassi di tot centimetri in tot secondi. Se dimezziamo i secondi necessari a colpire il bersaglio diminuirà anche l'abbassamento del proiettile.

Perchè all'aumentare dell'energia aumentano i danni nei tessuti viventi? Avevo sentito dire che era il contrario...
Effettivamente è da poco che è stato scoperto. Ma sembra che l'alta velocità 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 più 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 è piuttosto complesso perchè chiama in causa l'aereodinamica (che può essere studiata solo tramite esperimenti) e le equazioni differenziali. In pratica vi basti sapere che la velocità si abbassa tanto più velocemente quanto più il proiettile è veloce. Quindi scenderà velocemente appena sparato e poi scenderà sempre più lentamente.

In fisica l'energia si conserva, come fa quella del proiettile a scomparire?
La cosa non è 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 è detta "energia cinetica" ne esistono di altri tipi (elettrica, potenziale, termica, ecc.) ed è legata al fatto che il proiettile si muove. Tale energia è pari a dove m sta per massa (si misura con la bilancia) [2] e v per velocità.

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 può 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 più precisa potete pesare 10 proiettili e dividere il peso così ottenuto per dieci. Per prima cosa convertiamo i grammi in chilogrammi dividendo il valore per mille: 20g = 20/1000 kg = 0,02 kg. La velocità è già in metri al secondo (m/s) quindi procediamo col calcolo (supponiamo che la velocità iniziale della pallottola sia di 300 m/s).

dove quindi Energia = 900 J

Ovviamente è possibile eseguire anche il calcolo contrario: ho un fucile (da softair) che fa 0,98 Joule, la pallottola pesa 0,20g. A che velocità esce la pallottola?



Una velocità (99m/s) in fin dei conti più che discreta.

Vediamo un ultimo esempio giusto per sincerarci di non avere più 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 più precisi rispetto a pesarne solo una). Il peso in Kg si ottiene dividendo per mille ed è pari a 0,0078 kg.
La velocità misurata dall'apparecchio è stata di: 235 m/s. Per la precisione abbiamo ripetuto la misurazione della velocità 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 velocità 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 velocità di 900m/s. Le carabine ad aria compressa producono circa 7 joule di energia.