La física de un disparo

Publicado el Sábado, 9 de octubre de 2010 por MiGUi en Física
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El francotirador monta el arma, listo para efectuar el disparo. Al apretar el gatillo, se libera un muelle que empuja el percutor. Éste golpea al cartucho llenando el cañón de gas y liberando la bala que emerge de la boca del cañón. Todo ocurre en una fracción de segundo.

El disparo ideal sería aquel en el que la bala recorre una trayectoria rectilínea alcanzando su objetivo. Es decir, poner la bala donde pones el ojo. Sin embargo ahí hay unas cuantas cosas dispuestas a complicar un poco las cosas. Veamos:

El aire

El disparo se efectúa en el seno de un fluido que genera una resistencia. El fluido se opone al paso de la bala a su través y esto genera fricción. En definitiva, una fuerza que se opone al avance de la bala y que va a acortar sensiblemente el alcance de la bala frente a un disparo efectuado en el vacío. Ya vimos en otro post que en los fluidos se crean turbulencias en determinadas circunstancias.

Para evitar que la bala se desvíe de su trayectoria se intenta diseñar de forma que se minimicen estos efectos, por eso el perfil de la bala moderna es cortante, con forma de punta en vez de forma esférica.

Antiguamente, en los primeros fusiles como eran los mosquetes la bala era esférica y por ello la fricción con el aire era mucho más importante haciendo que el alcance fuera muy pequeño. Esto no es muy importante si se pretende que el alcance sea corto, pero en el caso de un rifle de francotirador la bala debe recorrer hasta centenares de metros para alcanzar su objetivo.

Efecto magnus

Este efecto se debe a que el disparo se efectúa en el seno de un fluido.

Un objeto en rotación provoca que el aire se arremoline a su alrededor. En la zona en la que la rotación es en el mismo sentido que la velocidad del viento la velocidad se incrementa mientras que en la zona en la que la rotación es en contrasentido al viento se disminuye. Esto provoca una disminución de la presión ocasionando una “succión” que desvía la trayectoria del objeto. Esto es lo que sucede al chutar un balón “con efecto”.

Para evitar que un efecto como este afecte demasiado se optará por diseñar la bala de tal manera que corte el aire de forma más eficiente y otorgándole una estabilidad adicional, para eso confiaremos en el momento angular de rotación. La bala de la derecha se desplaza de forma más eficiente que la de la izquierda, alcanzando una mayor velocidad y generando menos turbulencia:

Momento angular de rotación

El momento angular podemos resumirlo brevemente como la resistencia que opone un cuerpo en rotación a que cambiemos el plano en el que está rotando. Esto es muy conveniente para este propósito ya que haciendo que la bala rote en torno a su eje principal de simetría, tendrá una estabilidad adicional. Sobre el momento angular ya hablé en alguna ocasión. Eso sí, si se dispara con viento de lado, el efecto Magnus jugará en su contra.

Conseguir que la bala rote sobre su eje principal se puede hacer diseñando el interior del cañón (ánima) con surcos con el perfil de una espiral:

Si el alcance no es muy importante y no se dispara un único proyectil coaxial con el cañón (caso de una escopeta por ejemplo) tener el ánima rayada puede ser un inconveniente, por eso hay armas que se fabrican con el ánima lisa.

Efecto de Coriolis

El Efecto Coriolis se debe a que la Tierra rota. Por tanto, cuando disparas a un punto, segundos después ese punto no está donde antes. Lo puedes ver como que una fuerza ficticia ha hecho que la bala impacte donde no debería, un poco más hacia un lado. Esto en tiros balísticos de varios kilómetros tiene efectos muy importantes. Y por supuesto efectos fundamentales en la dinámica de las corrientes de aire y la formación de tormentas, huracanes, etc.

En la práctica, un francotirador debe considerar un pequeño desvío hacia uno de los lados que es acumulativo. Es más importante cuanta mayor es la distancia que recorre el proyectil. En tiros de unas pocas decenas de metros no es especialmente importante.

La gravedad

Por supuesto, la gravedad es otra de las cosas que juegan en contra de ese disparo ideal del que hablábamos antes. Cualquier disparo de un proyectil no autopropulsado en el seno de un campo gravitatorio será un tiro parabólico en el que la bala seguirá una trayectoria balística.

Cuanto mayor es la velocidad inicial y menor el ángulo inicial la parábola es menos alta y se podría aproximar por una rectilínea. A corta distancia no hace falta calcular desviaciones. Este no es el caso de un disparo de un francotirador, en el que en la práctica tendrá que apuntar el rifle un poco más alto de donde realmente quiere que impacte la bala.

Para eso cuentan con la ayuda de la retícula del teleobjetivo que va montado sobre el cañón donde se puede ajustar la desviación según el viento lateral (1), la compensación de la caída de la bala dependiendo de la distancia a la que se encuentra el blanco (2 y 3).

Este post va dedicado a Wind_Master que me hizo la pregunta en cientoseis :)

Actualizado: como le decía a Wind en cientoseis, el efecto Coriolis es también importante y por un fallo de edición no se incluyó al darle a Publicar. Lo añado ahora.

Referencias:

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Trackbacks/Pingbacks a esta entrada:
  1. Wind dice:

    Magistral explicación, Migui, junto con las imágenes que no pusiste en el 106 ^^

    Te felicito.

  2. Davidmh dice:

    ¿Por qué en el caso de varios proyectiles la rotación es contraproducente? Lo único que se me ocurre es que produzcan turbulencias que se afecten mutuamente, pero no estoy seguro.

    • MiGUi dice:

      Pues porque si el ánima está rayada los proyectiles se dispersan en forma de “O”, justo lo contrario a lo que se desea.

  3. kas dice:

    Podrías explicar que es el punto 4 de la imagen de la retícula del teleobjetivo??