Ballistiek: snelheid kogel, kogels en kogelvormen

De externe of uitwendige ballistiek houdt zich bezig met het beschrijven van kogelbanen. Wat betekenen de vele formules die worden toegepast om de kogelbaan te beschrijven in het ontwerpen van kogels en patroonhulzen? Deze wetenschap leidt tot praktische toepassing van deze kennis in de praktijk. Zo kunnen bepaalde kogelvormen en materialen leiden tot verkleining van de luchtweerstand en zodoende tot een hogere snelheid van kogels.

Snelheid van kogels vergroten

Het is natuurlijk vanzelfsprekend dat een patroonhuls niet groter gemaakt kan worden dan de ruimte in een vuurwapenkamer; anders zou hij er niet inpassen. Ook met het feit dat het materiaal van de kamer maar een bepaalde druk aan kan van het kruit moet met rekening houden. Maar men kan de kinetische energie (KE = 0,5 . M .V^2) van een kogel voor elk wapen makkelijker verhogen door de massa van de kogel te vergroten.

Hoewel de snelheid voor meer kinetische energie zorgt, is het in de praktijk erg moeilijk om deze te verhogen, omdat deze afhankelijk is van de hoeveelheid verbrand kruit. Er is slechts een beperkte hoeveelheid kruit beschikbaar dat efficiënt in een huls kan ontbranden. In de praktijk lost dit men op, bijvoorbeeld in de jacht, door grote kogels te gebruiken.

Verkleinen van de kogel luchtweerstand

Om luchtweerstand te verminderen, moet de ideale kogel in principe een lange, zware puntige naald zijn. Maar aangezien zo'n projectiel dwars door een doel zal gaan zonder zijn energie af te geven, heb je hier in de praktijk niet veel aan. Lichte ballen en bolvormige structuren zullen het snelst vertragen en raken hun energie snel 'kwijt', maar zullen niet snel hun doel bereiken. Een compromis voor een goede aerodynamische vorm is een parabolische vorm met een laag front oppervlak en een wind-verdelende vorm.

Het materiaal van kogels

Het beste materiaal waaruit je een kogel kunt maken is lood (Pb), vanwege zijn hoge dichtheid en het is goedkoop te krijgen. Nadelen zijn voornamelijk dat lood zacht begint te worden bij snelheden boven de 300 m/s (ruim 1000 km/h), waardoor de loop vies wordt van het afgeven. Dit beïnvloedt op den duur de nauwkeurigheid. Bovendien smelt lood volledig bij snelheden boven de 600 m/s (bijna 2200 km/h).

Beschermen van kogels door middel van een huls

Als je een metaalmengsel – een legering – maakt van lood en een kleine hoeveelheid van het metaal antimoon zal dit helpen om het smelten tegen te gaan. Een echte oplossing ligt in de bescherming van de kogel. Als je tussen het grensvlak van de kogel en de loop een ander metaal aanbrengt, dat zacht genoeg is om de kogel mee in te pakken maar een hoog smeltpunt heeft, ben je er ook. Koper (Cu) werkt het beste als 'jas'-materiaal voor lood (er wordt ook vaak een koperlegering - messing - gebruikt). Dit jasje wordt een huls genoemd.

Druk voor versnelling en snelheid

De kogelkop krijgt gedurende korte tijd een versnelling mee als gevolg van het expanderende gas. Omdat de huls tijdens de verbranding van het kruit uitzet en tegen de wand van de kamer van de loop aangedrukt wordt, wordt het gas goed afgedicht. Dit is ook noodzakelijk, want alle aanwezige gasdruk moet worden benut om de kogel aan te drijven. De gassen die vrijkomen door de verbranding van het kruit, ontwikkelen, zoals eerder genoemd is, een enorme druk. Om een voorbeeld te noemen: in een 9 mm Para-patroon kan zich een druk tot 2,5 kBar ontwikkelen.

Al naar gelang het soort wapen, het kaliber en de kruitlading vliegt de kogel enige honderden of zelfs duizenden meters ver. Door deze gasdruk stevent de kogel met een enorme snelheid op zijn doel af. Die snelheid wordt nog wel eens overschat, zeker in populaire tv-series, waar de hoofdrolspelers met gemak een aanvliegende kogel weten te ontduiken!

Kogelvormen

Er zijn verschillende kogelvormen op de markt. Je hebt de kogel met een platte neus en met een ronde, meer parabolische vorm. Daartussen zit nog een soort tussenvorm, die al dan niet een holle punt kan hebben. Een holle punt heeft een groot effect bij het doordringen van weefsel, aangezien deze snel al zijn energie daaraan afgeeft. Zie voor de vormen de afbeelding rechtsboven.