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Balística

Trayectorias de tres objetos lanzados con el mismo ángulo (70°): El arrastre de Stokes arrastre newtoniano No presenta ningún tipo de resistencia y se mueve a lo lar...

Trayectorias de tres objetos lanzados con el mismo ángulo (70°):
  No presenta ningún tipo de resistencia y se mueve a lo largo de una parábola.

La balística es el campo de la mecánica que se ocupa del lanzamiento, el comportamiento en vuelo y los efectos del impacto de los proyectiles , especialmente de las municiones de armas como balas , bombas no guiadas , cohetes y similares; la ciencia o el arte de diseñar y acelerar proyectiles para lograr el rendimiento deseado.

Un cuerpo balístico es un cuerpo en movimiento libre con momento lineal , que puede estar sujeto a fuerzas como las ejercidas por los gases a presión de un cañón o una boquilla de propulsión , la fuerza normal producida por el estriado del cañón , y la gravedad y la resistencia del aire durante el vuelo.

Un misil balístico es un misil que se guía únicamente durante la fase inicial relativamente breve del vuelo propulsado, y cuya trayectoria se rige posteriormente por las leyes de la mecánica clásica , a diferencia de (por ejemplo) un misil de crucero , que se guía aerodinámicamente en vuelo propulsado como un avión de ala fija .

Historia y prehistoria

Los primeros proyectiles balísticos conocidos fueron piedras, lanzas y palos arrojadizos .

Gaetano Marzagaglia , Del calcolo balistico , 1748

La evidencia más antigua de proyectiles con punta de piedra, que pueden o no haber sido impulsados ​​por un arco (cf. atlatl ), data de hace aproximadamente 280.000 años, se encontró en Etiopía, en la actual África Oriental. [ 1 ] La evidencia más antigua del uso de arcos para disparar flechas data de hace unos 10.000 años; se basa en flechas de madera de pino encontradas en el valle de Ahrensburg, al norte de Hamburgo . Tenían surcos poco profundos en la base, lo que indica que fueron disparadas desde un arco. [ 2 ] El arco más antiguo recuperado hasta ahora tiene unos 8.000 años de antigüedad, encontrado en el pantano de Holmegård en Dinamarca.

Parece ser que la arquería llegó a América con la tradición ártica de usar herramientas pequeñas , hace unos 4.500 años.

Los primeros dispositivos identificados como armas de fuego aparecieron en China alrededor del año 1000 d. C., y para el siglo XII la tecnología se estaba extendiendo por el resto de Asia y por Europa en el siglo XIII. [ 3 ]

Después de milenios de desarrollo empírico, la disciplina de la balística fue estudiada y desarrollada inicialmente por el matemático italiano Niccolò Tartaglia en 1531, [ 4 ] [ 5 ] aunque continuó usando segmentos de movimiento en línea recta, convenciones establecidas por el filósofo griego Aristóteles y Alberto de Sajonia , pero con la innovación de que conectó las líneas rectas por un arco circular. Galileo estableció el principio del movimiento compuesto en 1638, [ 6 ] usando el principio para derivar la forma parabólica de la trayectoria balística. [ 7 ] La balística fue puesta sobre una base científica y matemática sólida por Isaac Newton , con la publicación de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica en 1687. Esto dio leyes matemáticas del movimiento y la gravedad que por primera vez hicieron posible predecir con éxito las trayectorias.

La palabra balística proviene del griego βάλλειν ballein , que significa "lanzar".

Proyectiles

Un proyectil es cualquier objeto proyectado al espacio (vacío o no) por la aplicación de una fuerza . Aunque cualquier objeto en movimiento a través del espacio (por ejemplo, una pelota de béisbol lanzada ) es un proyectil, el término se refiere más comúnmente a un arma. [ 8 ] [ 9 ] Las ecuaciones matemáticas del movimiento se utilizan para analizar la trayectoria de un proyectil .

Algunos ejemplos de proyectiles son las pelotas , las flechas , las balas , los proyectiles de artillería , los cohetes sin alas , etc.

Lanzadores de proyectiles

Lanzamiento

Los lanzamientos de béisbol pueden superar las 100 mph. [ 10 ]

Lanzar es el acto de impulsar un proyectil con la mano. Aunque algunos otros animales pueden lanzar, los humanos son excepcionalmente buenos lanzadores debido a su gran destreza y buena sincronización, y se cree que este es un rasgo evolutivo. La evidencia de que los humanos lanzan se remonta a 2 millones de años. [ 11 ] La velocidad de lanzamiento de 145 km/h (90 mph) que se encuentra en muchos atletas supera con creces la velocidad a la que los chimpancés pueden lanzar objetos, que es de aproximadamente 32 km/h (20 mph) . [ 11 ] Esta capacidad refleja la capacidad de los músculos y tendones del hombro humano para almacenar elasticidad hasta que se necesita para impulsar un objeto. [ 11 ]    

Honda

Una honda es un arma arrojadiza que se usa normalmente para lanzar un proyectil romo como una piedra, arcilla o una " bala de honda ".

Una honda tiene una pequeña bolsa o soporte entre dos cuerdas. La piedra de la honda se coloca en la bolsa. El dedo medio o el pulgar se introduce por un lazo en el extremo de una cuerda, y una lengüeta en el extremo de la otra cuerda se coloca entre el pulgar y el índice. La honda se balancea describiendo un arco, y la lengüeta se suelta en el momento preciso. Esto libera el proyectil para que vuele hacia el objetivo.

Arco

Un arco es un instrumento flexible que dispara proyectiles aerodinámicos llamados flechas . La flecha es quizás el primer proyectil letal descrito en balística. Una cuerda une los dos extremos y, al tensarla, los extremos del arco se flexionan. Al soltar la cuerda, la energía potencial del arco flexionado se transforma en la velocidad de la flecha. [ 12 ] El tiro con arco es el arte o deporte de disparar flechas con arcos. [ 13 ]

Catapulta

Catapulta 1 Mercado San Severino

Una catapulta es un dispositivo utilizado para lanzar un proyectil a gran distancia sin la ayuda de dispositivos explosivos  , en particular varios tipos de máquinas de asedio antiguas y medievales . [ 14 ] La catapulta se ha utilizado desde la antigüedad, porque demostró ser uno de los mecanismos más efectivos durante la guerra. La palabra "catapulta" proviene del latín catapulta , que a su vez proviene del griego καταπέλτης ( katapeltēs ), que a su vez proviene de κατά ( kata ), "contra" [ 15 ] y πάλλω ( pallō ), "lanzar, arrojar". [ 16 ] [ 17 ] Las catapultas fueron inventadas por los antiguos griegos . [ 18 ] [ 19 ]

Pistola

El USS Iowa (BB-61) dispara una andanada completa en 1984.

Un arma es un arma u otro dispositivo, normalmente tubular, diseñado para disparar proyectiles u otro material. [ 20 ] El proyectil puede ser sólido, líquido, gaseoso o energético, y puede ser libre, como en el caso de las balas y los proyectiles de artillería, o cautivo, como en el caso de las sondas Taser y los arpones balleneros . El medio de proyección varía según el diseño, pero generalmente se efectúa mediante la acción de la presión de un gas, ya sea producido por la combustión rápida de un propulsor o comprimido y almacenado por medios mecánicos, que actúa sobre el proyectil dentro de un tubo abierto a modo de pistón. El gas confinado acelera el proyectil móvil a lo largo del tubo, impartiéndole la velocidad suficiente para mantener su trayectoria una vez que la acción del gas cesa en el extremo del tubo o boca del cañón. Alternativamente, se puede emplear la aceleración mediante la generación de un campo electromagnético, en cuyo caso se puede prescindir del tubo y sustituirlo por un riel guía.

A un ingeniero de armas o armero que aplica los principios científicos de la balística para diseñar cartuchos se le suele llamar balístico .

Cohete

Cohete Falcon 9 Full Thrust de SpaceX , 2017

Un cohete es un misil , nave espacial , aeronave u otro vehículo que obtiene empuje de un motor de cohete . El escape del motor de cohete se forma completamente a partir de los propelentes que transporta el cohete antes de su uso. [ 21 ] Los motores de cohete funcionan por acción y reacción . Los motores de cohete impulsan los cohetes hacia adelante simplemente lanzando su escape hacia atrás a gran velocidad.

Si bien son relativamente ineficientes para su uso a baja velocidad, los cohetes son relativamente ligeros y potentes, capaces de generar grandes aceleraciones y alcanzar velocidades extremadamente altas con una eficiencia razonable. Los cohetes no dependen de la atmósfera y funcionan muy bien en el espacio.

Los cohetes para uso militar y recreativo se remontan al menos al siglo XIII en China. [ 22 ] Su uso científico, interplanetario e industrial significativo no se produjo hasta el siglo XX, cuando la cohetería se convirtió en la tecnología clave de la Era Espacial , incluyendo la llegada a la Luna . Actualmente, los cohetes se utilizan para fuegos artificiales , armamento, asientos eyectables , vehículos de lanzamiento de satélites artificiales , vuelos espaciales tripulados y exploración espacial .

Los cohetes químicos son el tipo más común de cohete de alto rendimiento y, por lo general, generan sus gases de escape mediante la combustión del propulsor . Estos cohetes almacenan una gran cantidad de energía que se libera fácilmente y pueden ser muy peligrosos. Sin embargo, un diseño, pruebas, construcción y uso cuidadosos minimizan los riesgos.

Subcampos

La balística se puede estudiar mediante fotografía de alta velocidad o cámaras de alta velocidad . Una foto de un revólver Smith & Wesson disparando, tomada con un flash de ultra alta velocidad con separación de aire. Gracias a este flash de submicrosegundos, se puede capturar la imagen de la bala sin desenfoque por movimiento.

La balística se suele dividir en las siguientes cuatro categorías: [ 23 ]

  • Balística interna: el estudio de los procesos que aceleran originalmente los proyectiles.
  • Balística de transición: el estudio de los proyectiles durante su transición al vuelo sin propulsión.
  • Balística externa: el estudio del recorrido del proyectil (la trayectoria ) en vuelo.
  • Balística terminal: el estudio del proyectil y sus efectos al finalizar su trayectoria.

Balística interna

La balística interna (también balística interior), un subcampo de la balística, es el estudio de la propulsión de un proyectil .

En las armas , la balística interna abarca el tiempo desde la ignición del propelente hasta que el proyectil sale del cañón . [ 24 ] El estudio de la balística interna es importante para los diseñadores y usuarios de armas de fuego de todo tipo, desde rifles y pistolas de pequeño calibre hasta artillería de alta tecnología .

Para proyectiles propulsados ​​por cohetes , la balística interna abarca el período durante el cual un motor de cohete proporciona empuje. [ 25 ]

Balística de transición

La balística de transición, también conocida como balística intermedia, [ 26 ] es el estudio del comportamiento de un proyectil desde el momento en que sale de la boca del cañón hasta que se iguala la presión detrás del proyectil, [ 27 ] por lo que se sitúa entre la balística interna y la balística externa .

Balística externa

Imagen Schlieren de una bala viajando en vuelo libre que muestra la dinámica de la presión del aire alrededor de la bala.

La balística externa es la parte de la ciencia de la balística que se ocupa del comportamiento de un proyectil sin propulsión en vuelo.

La balística externa se asocia frecuentemente con las armas de fuego y se ocupa de la fase de vuelo libre sin propulsión de la bala después de que sale del cañón del arma y antes de que impacte en el objetivo, por lo que se sitúa entre la balística transicional y la balística terminal .

Sin embargo, la balística externa también se ocupa del vuelo libre de cohetes y otros proyectiles, como pelotas, flechas, etc.

Balística terminal

La balística terminal es el estudio del comportamiento y los efectos de un proyectil cuando impacta en su objetivo. [ 28 ]

La balística terminal es relevante tanto para proyectiles de pequeño calibre como para proyectiles de gran calibre (disparados desde artillería ). El estudio de impactos a velocidades extremadamente altas es todavía muy reciente y, hasta el momento, se aplica principalmente al diseño de naves espaciales .

Aplicaciones

Apolo 11  : Los cálculos astrodinámicos han permitido que las naves espaciales viajen a la Luna y regresen de ella.

balística forense

La balística forense implica el análisis de balas e impactos de bala para determinar información útil para un tribunal u otra instancia del sistema legal. Independientemente de la información balística, el análisis de armas de fuego y marcas de herramientas (" huella balística ") consiste en analizar pruebas de armas de fuego, municiones y marcas de herramientas para establecer si un arma de fuego o herramienta determinada se utilizó en la comisión de un delito.

Astrodinámica

La astrodinámica es la aplicación de la balística y la mecánica celeste a los problemas prácticos relacionados con el movimiento de cohetes y otras naves espaciales . El movimiento de estos objetos se calcula generalmente a partir de las leyes del movimiento de Newton y la ley de gravitación universal de Newton . Es una disciplina fundamental en el diseño y control de misiones espaciales.

Véase también

Notas

  1. Choi, Charles (27 de diciembre de 2013). "Los jabalinas más antiguas son anteriores a los humanos modernos y plantean interrogantes sobre la evolución" . National Geographic . Consultado el 24 de abril de 2024 .
  2. McEwen, E.; Bergman, R.; Miller, C. (junio de 1991). "Diseño y construcción de arcos primitivos". Scientific American . 264 (6): 76– 82. doi : 10.1038/scientificamerican0691-76 .
  3. Herbst, Judith (2005). La historia de las armas . Lerner Publications. ISBN 9780822538059Consultado el 16 de marzo de 2018 a través de Google Libros.
  4. Hall, AR (1952). Balística en el siglo XVII: Un estudio sobre las relaciones entre ciencia y guerra con referencia principalmente a Inglaterra . Archivo CUP. pág. 36. 
  5. ^ Tartaglia, Niccolò (1537). Nova Scientia (en italiano).
  6. Galileo Galilei, Dos nuevas ciencias , Leiden, 1638, pág. 249
  7. Nolte, David D. (2018). Galileo Unbound . Oxford University Press. pp. 39–63 . ISBN  978-0198805847.
  8. "The free Dictionary" . Consultado el 19 de mayo de 2010 .
  9. "Dictionary.com" . Consultado el 19 de mayo de 2010 .
  10. Pepin, Matt (26 de agosto de 2010). "Aroldis Chapman alcanza las 105 mph" . Boston.com. Archivado del original el 31 de agosto de 2010. Consultado el 30 de agosto de 2010 .
  11. 1 2 3 Melissa Hogenboom, " Se desvelan los orígenes del lanzamiento humano ", BBC News (26 de junio de 2013).
  12. Paterson, WF (1984). Enciclopedia de tiro con arco . St. Martin's Press. págs. 27–28 . ISBN  978-0312245856.
  13. Paterson, WF (1984). Enciclopedia de tiro con arco . St. Martin's Press. pág. 17. ISBN  978-0312245856.
  14. Gurstelle 2004 .
  15. ^ Liddell y Scott , κατά.
  16. ^ Liddell y Scott , πάλλω.
  17. Oxford Dic , catapulta.
  18. Schellenberg 2006 , págs. 14–23.
  19. Marsden 1969 , págs. 48–64.
  20. Diccionario Chambers, Allied Chambers - 1998, "arma", pág. 717
  21. Sutton 2001 , capítulo 1.
  22. Oficina de Historia del MSFC 2000 .
  23. Cuerpo de Marines de EE. UU. (1996). FM 6-40 Tácticas, técnicas y procedimientos para artillería de campaña. Manual de cañones . Departamento del Ejército.
  24. Ejército de los EE. UU. 1965 , págs. 1–2 
  25. "Definición de BALÍSTICA" . www.merriam-webster.com . Consultado el 16 de marzo de 2018 .
  26. "Balística" . Encyclopædia Britannica Online . Consultado el 27 de abril de 2009 .
  27. "Física 001 La ciencia de la balística" . class.phys.psu.edu . Universidad Estatal de Pensilvania . Archivado del original el 22 de febrero de 2012. Consultado el 27 de abril de 2009 .
  28. MacKenzie, James W.; Walters, William P. (febrero de 1992). Directrices para el análisis y las pruebas de balística terminal para la rama de mecánica de penetración (PDF) (Informe). Laboratorio de Investigación Balística del Ejército. ADA246922. Archivado del original (PDF) el 6 de octubre de 2012.

Referencias

  • Ejército de los EE. UU. (febrero de 1965), Balística interna de armas (PDF) , Manual de diseño de ingeniería: Serie de balística, Comando de material del Ejército de los Estados Unidos, AMCP 706-150, archivado del original (PDF) el 24 de septiembre de 2020.
  • Gurstelle, William (2004), El arte de la catapulta: construcción de balistas griegas, onagros romanos, trabuquetes ingleses y más artillería antigua , Chicago: Chicago Review Press, ISBN 978-1-55652-526-1, OCLC 54529037 
  • Liddell, Henry George; Scott, Robert, Léxico griego-inglés (definición), Perseo, Tufts, κατά πάλλω
  • Marsden, Eric William (1969), Artillería griega y romana: desarrollo histórico , Oxford: Clarendon, ISBN 978-0-19-814268-3.
  • Oficina de Historia del MSFC (2000), Cohetes en la Antigüedad (100 a. C. al siglo XVII) , Oficina de Historia del Centro de Vuelos Espaciales Marshall , archivado del original el 9 de julio de 2009 , consultado el 9 de junio de 2016.
  • "catapulta", Diccionarios (definición), Oxford, archivado del original el 7 de julio de 2011.
  • Schellenberg, Hans Michael (2006), "Diodor von Sizilien 14,42,1 und die Erfindung der Artillerie im Mittelmeerraum" (PDF) , Frankfurter Elektronische Rundschau zur Altertumskunde , 3 : 14– 23
  • Sutton, George (2001), Elementos de propulsión de cohetes (5.ª  ed.), Chichester: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-32642-7
  • Kisak, Paul (2015), Conozca su munición. (7.ª  ed.), CreateSpace Independent Publishing Platform, ISBN 978-1-518-634-57-4
  • Asociación de Examinadores de Marcas de Armas de Fuego y Herramientas
  • Trayectorias balísticas por Jeff Bryant, Proyecto de Demostraciones de Wolfram
  • Cronología de las marcas forenses de armas de fuego y herramientas
  • Sociedad Internacional de Balística
  • El vuelo de la bala desde la pólvora hasta el objetivo Franklin Weston Mann