Uitwendige ballistiek: baan van de kogel

Uitwendige of externe ballistiek houdt zich bezig met het gedrag van een kogel nadat hij de loop heeft verlaten, maar voordat hij het doel raakt. Tijdens deze vlucht of baan zijn de belangrijkste krachten die op het projectiel inwerken krachten die verband houden met de zwaartekracht en de luchtweerstand. Natuurkundig kan deze baan en de krachten worden benaderd met formules.

Kinetische energie kogel ballistiek

De uitwendige ballistiek van de baan van een kogel kan worden benaderd door een aantal formules, waarvan deze de simpelste is over de kinetische energie:

Snelheid

De snelheid (V) wordt gegeven in meter per seconde (m/s) en de massa (M) in kilogram. De kinetische energie in Joules (J).

Ballistische coëfficiënt

Dit is de energie die de kogel heeft, wanneer het de mond van de loop verlaat. Maar met de ballistische coëfficiënt (BC) kan worden gemeten hoeveel KE is overgedragen aan het doel aangezien er luchtweerstand heeft opgetreden.

Plaatselijke dichtheid

'SD' is de plaatselijke dichtheid van het medium waar de kogel doorheen gaat, en 'I' is een factor voor de vorm van de kogel. De plaatselijke dichtheid wordt berekend door de massa van de kogel (M) te delen door de oppervlakte van de diameter op het breedste punt. De vormfactor 'I' vermindert bij een stijgende scherpheid van de punt van de kogel (bolvormige kogels zouden een hoge 'I' waarde geven). Een BC van bijvoorbeeld 0,5 betekent dat de kogel 50% van zijn oorspronkelijke energie heeft afgegeven aan het doel.

Uitwendige weerstand kogel

De voorwaartse beweging is ook onderworpen aan weerstand, die te beschrijven is als:


Deze weerstand wordt uitgedrukt in Newtons (N). 'f(v/a)' is de coëfficient die gelijk is aan de verhouding van de snelheid van de kogel met de snelheid van het geluid in de omgeving die het doorreist. Stel jouw kogel heeft een snelheid van 300 m/s en de geluidssnelheid is plaatselijk 340 m/s, dan is 'f' gelijk aan 300/340 (0,88).

Constante voor slingering

‘k' is de constante voor de vorm van de kogel en '&' is een constante voor slingering (afwijking van een rechte of lineaire vlucht, lees daarover meer in het artikel over het Coriolis-effect). 'p' is de dichtheid van het materiaal (de weefseldichtheid is 800 keer groter dan dat van lucht), 'd' is de diameter (kaliber in meters) van de kogel en 'v' is weer de snelheid. Deze laatste twee zijn in het kwadraat.

Vertraging baan kogel

Dus hoe groter de snelheid, hoe groter het kaliber of hoe dichter het materiaal, hoe meer weerstand de kogel ondervindt. De graad waardoor een kogel door belemmering wordt vertraagd wordt gewoonweg vertraging (r) genoemd die door deze formule wordt gegeven:


D is in Newtons en M in kilogrammen, dus eenheid '‘N/m'. De 'm' niet verwarren met meter! En aangezien 'F = m . a' (tweede wet van Newton), wordt de vertraging uitgedrukt in m/(s^2). Als je wilt spreken over een versnelling, moet hier een min-teken worden gezet. Aangezien de weerstand (D) een functie van snelheid is, kan men zien dat voor een kogel van een bepaalde massa (M) geldt: hoe groter de snelheid, hoe groter de vertraging is.

Rotaties hebben effect op weerstand kogel

Weerstand wordt ook beïnvloed door de draaiing of rotatie van de kogel. Hoe sneller de rotatie, hoe minder de afwijking van de lineaire vlucht en er is een kleinere kans dat de kogel zal tuimelen. Ook hoe meer spiraalvormige groefjes in de loop, hoe meer de kogel zal gaan roteren. Als je de draaiing van de groefjes verhoogt van bijvoorbeeld 1 naar 7 zal dat een grotere rotatie geven aan de kogel dan de typische 1 in 12 spiraal. Dit houdt in dat er 1 draaiing plaatsvindt in 12 inches (30,5 cm) van de loop. De kogel vliegt stabieler met een grotere rotatie.

Kogels volgen niet een kenmerkende rechte lijn naar het doel toe. Rotatiekrachten zorgen er in feite voor dat de kogel niet zijn rechte koers behoudt. Zie daarvoor de afbeelding rechtsboven.