La velocidad de salida es la velocidad de un proyectil ( bala , perdigón , bala , bala / perdigones o proyectil ) con respecto a [1] la boca en el momento en que sale del extremo del cañón de un arma (es decir, la boca ). [2] Las velocidades de salida de las armas de fuego varían desde aproximadamente 120 m/s (390 pies/s) a 370 m/s (1200 pies/s) en los mosquetes de pólvora negra , [3] a más de 1200 m/s (3900 pies/s) ) [4] en rifles modernos con cartuchos de alta velocidad como el .220 Swift y el .204 Ruger , hasta 1.700 m/s (5.600 pies/s) [5] para cañones de tanque que disparan munición penetradora de energía cinética . Para simular impactos de desechos orbitales en naves espaciales, la NASA lanza proyectiles mediante cañones de gas ligero a velocidades de hasta 8.500 m/s (28.000 pies/s). [6] FPS (pies por segundo) y MPH (millas por hora) son las medidas estadounidenses más comunes para las balas. Varios factores, incluido el tipo de arma de fuego, el cartucho y la longitud del cañón, determinan la velocidad de salida de la bala. [7]
Para proyectiles en vuelo sin motor , su velocidad es máxima al salir de la boca y cae constantemente debido a la resistencia del aire . Los proyectiles que viajan a una velocidad inferior a la del sonido (alrededor de 340 m/s (1100 pies/s) en aire seco al nivel del mar ) son subsónicos , mientras que los que viajan más rápido son supersónicos y, por lo tanto, pueden viajar una distancia sustancial e incluso alcanzar un objetivo antes de que un El observador cercano escucha el "estallido" del disparo. La velocidad del proyectil a través del aire depende de una serie de factores como la presión barométrica , la humedad , la temperatura del aire y la velocidad del viento . Algunas armas pequeñas de alta velocidad tienen velocidades de salida superiores a las velocidades de escape de algunos cuerpos del Sistema Solar como Plutón y Ceres , lo que significa que una bala disparada con un arma de este tipo en la superficie del cuerpo abandonaría su campo gravitacional; sin embargo, no se conocen brazos con velocidades iniciales que puedan superar la gravedad (y la atmósfera) de la Tierra o las de otros planetas o la Luna.
Si bien los cartuchos tradicionales generalmente no pueden alcanzar una velocidad de escape lunar (aproximadamente 2300 m/s [7500 pies/s]) o más debido a las limitaciones modernas de acción y propulsor , un proyectil de 1 gramo (15 granos ) se aceleró a velocidades superiores a 9000 m/s (30.000 pies/s) en los Laboratorios Nacionales Sandia en 1994. El arma funcionó en dos etapas. En primer lugar, se utilizó pólvora quemada para impulsar un pistón que presurizaría el hidrógeno a 10.000 atm (1,0 GPa). Luego, el gas presurizado se liberaba a un pistón secundario, que avanzaba hacia una "almohada" amortiguadora, transfiriendo la energía del pistón al proyectil en el otro lado de la almohada.
Este descubrimiento podría indicar que las velocidades futuras de los proyectiles que superen los 1.500 m/s (4.900 pies/s) deben tener una acción de carga operada por gas que transfiera la energía, en lugar de un sistema que utilice cebador, pólvora y una fracción de la energía liberada. gas. Un cartucho .22 LR tiene aproximadamente tres veces la masa del proyectil en cuestión. Esto puede ser otro indicio de que los futuros desarrollos de armas prestarán más interés a las municiones de menor calibre, especialmente debido a las limitaciones modernas como el uso del metal, el costo y el diseño del cartucho. En una comparación lado a lado con el .50 BMG (43 g), la bala de titanio de 15 gr (1 g) de cualquier calibre liberó casi 2,8 veces la energía del .50 BMG (1 g a 10 000 m/s). = 50 000 julios), con sólo una pérdida media de impulso del 27%. En la mayoría de los casos, lo letal para el objetivo es la energía, no el impulso. [8]
En las armas convencionales, la velocidad de salida está determinada por la cantidad de propulsor , su calidad (en términos de velocidad de combustión química y expansión), la masa del proyectil y la longitud del cañón. Un propulsor de combustión más lenta necesita un cañón más largo para terminar su combustión antes de partir, pero a la inversa puede usar un proyectil más pesado. Ésta es una compensación matemática. [9] Un propulsor de combustión más rápida puede acelerar un proyectil más ligero a velocidades más altas si se utiliza la misma cantidad de propulsor. Dentro de un arma, la presión gaseosa creada como resultado del proceso de combustión es un factor limitante en la velocidad del proyectil. En consecuencia, la calidad y cantidad del propulsor, la masa del proyectil y la longitud del cañón deben equilibrarse para lograr la seguridad y optimizar el rendimiento.
Los cañones más largos le dan a la fuerza propulsora más tiempo para trabajar en impulsar la bala. [9] Por esta razón, los cañones más largos generalmente proporcionan velocidades más altas, en igualdad de condiciones. Sin embargo, a medida que la bala desciende por el orificio, la presión del gas propulsor detrás de ella disminuye. Dado un cañón lo suficientemente largo, eventualmente habría un punto en el que la fricción entre la bala y el cañón, y la resistencia del aire, igualarían la fuerza de la presión del gas detrás de él, y desde ese punto, la velocidad de la bala disminuiría.
Los cañones estriados tienen espirales talladas en su interior que hacen girar la bala para que permanezca estable en vuelo, de la misma manera que una pelota de fútbol americano lanzada en espiral volará de manera recta y estable. Este mecanismo se conoce como rifling . Los cañones más largos brindan más oportunidades de rotar la bala antes de que salga del arma. Los cañones más largos aumentan la precisión general del arma. Si uno examina los grupos de disparos en un objetivo de papel de un cañón de 2 pulgadas (51 mm), un cañón de 4 pulgadas (100 mm) y un cañón de 6 pulgadas (150 mm), observará cómo los cañones más largos producen " agrupación "más apretada", con balas cayendo más juntas sobre el objetivo.
Una bala, mientras se mueve a través de su cañón, es empujada hacia adelante por el gas que se expande detrás de ella. Este gas se creó después de apretar el gatillo , lo que provocó que el percutor golpeara el cebador , lo que a su vez encendió el propulsor sólido empaquetado dentro del cartucho de bala , haciéndolo arder mientras estaba situado en la recámara . Una vez que sale del cañón, la fuerza del gas en expansión deja de impulsar la bala. [10] Cuando se dispara una bala con una pistola con un cañón de 2 pulgadas (51 mm), la bala sólo tiene una "pista" de 2 pulgadas (51 mm) para girar antes de salir del cañón. Del mismo modo, tiene sólo un espacio de 2 pulgadas (51 mm) para acelerar antes de volar sin ninguna fuerza adicional detrás. En algunos casos, es posible que la pólvora ni siquiera se haya quemado por completo en armas con cañones cortos. Por lo tanto, la velocidad de salida de un cañón de 2 pulgadas (51 mm) es menor que la de un cañón de 4 pulgadas (100 mm), que es menor que la de un cañón de 6 pulgadas (150 mm).
Los grandes cañones navales tendrán altas relaciones longitud-diámetro, que oscilarán entre 38:1 y 50:1. Esta relación de longitud maximiza la velocidad del proyectil. Hay mucho interés en modernizar el armamento naval mediante el uso de cañones de riel accionados eléctricamente , que disparan proyectiles mediante un pulso electromagnético. Estos superan las limitaciones señaladas anteriormente. Con estos cañones de rieles se proporciona una aceleración constante a lo largo de toda la longitud del dispositivo mediante el impulso electromagnético. Esto aumenta enormemente la velocidad de salida. Otra ventaja importante de los cañones de riel es que no requieren propulsor explosivo. [11] El resultado de esto es que un barco no necesitará transportar propulsor y que una estación terrestre tampoco tendrá que mantener un inventario del mismo. El propulsor explosivo, almacenado en grandes cantidades, es susceptible de explotar. [12] Si bien esto se puede mitigar con precauciones de seguridad, [12] los cañones de riel evitan por completo la necesidad de tales medidas. Incluso las cargas internas del proyectil pueden eliminarse debido a la ya alta velocidad. Esto significa que el proyectil se convierte en un arma estrictamente cinética .
El ejército de los Estados Unidos define diferentes categorías de velocidad de salida para diferentes clases de armas: [13]