НОУ Измерение скорости вылета пули (диплом 1 степени)

Введение

С древних времен люди выживали, охотясь и защищаясь, при помощи оружия. В современном мире понятие «оружие» носит неоднозначных характер: защита и самооборона, охота и рыбалка, игра и спорт и т.д.

Как известно, оружие - это лучшая игрушка для мужчины. Для будущего мужчины, пока ещё только начинающего свой жизненный путь, игрушечное оружие не менее ценно и желанно. Меня всегда интересовали вопросы, связанные с оружием, и я решил узнать об этом больше. Сопоставляя возможности игрушечных пневматических изделий, имеющихся у меня и моих друзей, понимаешь, что они не находят себя безопасными. Большее количество игрушечных пистолетов, при попадании в тело человека, доставляют болевые ощущения и оставляют большой синяк, а порой и серьезные травмы. А на сколько опасны детские пневматические изделия по сравнению с настоящим оружием, ведь для их использования не требуется законного разрешения?

Попробуем в этом разобраться с помощью физических расчетов и компьютерной программы.

Цель работы: рассчитать скорость полета пули пневматического оружия (детского и реального) и сделать вывод о степени опасности детской пневматики.

Объект исследования: пневматические винтовки ИЖ-38 и пневматический бластер "Super Storm" с патронами XMY7020.

Предмет изучения: компьютерная программа - баллистический калькулятор «Стрелок 2.44».

Гипотеза: путем измерения и подсчета физических данных программно и аналитически, установить степень опасности между настоящим пневматическим оружием и детской игровой пневматикой.

Моя работа состоит из двух частей: в первой, я рассматриваю историю возникновения пневматического оружия и его устройство (реального и игрушечного); во второй, веду физические расчеты при помощи формул и компьютерной программы «Стрелок», сопоставляю полученные данные, делаю вывод.

Глава 1. Теоретические исследования.

1.1. Исторические справки возникновения пневматического оружия.

Принцип работы пневматического оружия можно сопоставить с принципом работы древнего духового оружия. Именно тогда, в далекие времена, племена Америки, Азии, Индонезии использовали для охоты и своей защиты духовые трубки.

Первое ружье, которое было названо пневматическим, появилось в 1430 году. Его создал оружейник Гуттер в славном городе Нюрнберг (Германия). Это ружье работало по принципу компрессии и предназначалось для охоты. Именно компрессионная пневматика самая древняя, а Германия - это родина всего пневматического оружия.

Конечно, на этом все не закончилось…

Многим мастерам понравился принцип работы пневматического оружия, и они начали производить свои версии, которые были более совершенными по сравнению с первой пневматической винтовкой.

Становилось все больше желающих приобрести новый вид оружия. Так, в 1600 году самому королю Генриху VI была создана специальная пневматическая винтовка оружейником Марелем (Германия). С этого момент пневматическое оружие стало обретать все большую популярность. Его заказывали богатые люди и люди с титулом.

В 1607 году была создана первая газобаллонная пневматика в Париже (Франция).
В 1780 году было представлено всеобщему обозрению двуствольное ружье, которое с одного ствола стреляло с помощью порохового заряда, а в другом - была внедрена система пневматики (баллон со сжатым воздухом).
В 1790 году изобрели первое пневматическое оружие, которое могло производить несколько выстрелов подряд и так же работало с помощью сжатого воздуха, находящегося в баллоне (резервуаре).

С 18-го века пневматическое оружие становилось все более популярным. А поскольку спрос рождает предложение, мастера постоянно старались усовершенствовать свои образцы пневматики, чтоб стать лучшим на развивающемся рынке.

В этот же период, пневматическое оружие стали использовать не только в качестве охотничьего, но и в качестве боевого. Популярность пневматики охватила всю Европу. Начали создаваться первые оружейные компании, которые специализировались на производстве пневматического оружия. Так, например компания Gamo начала свою работу в 1880 году с производства пуль для пневматики, а потом и самого оружия, и до сих пор уже почти 150 лет, эта фирма радует своих покупателей хорошим качеством своей продукции.
Техническим прорывом в развитии пневматического оружия стал 19-й век. Компании, специализировавшиеся на производстве пневматики, росли как на дрожжах. Стали появляться специальные соревнования по стрельбе с пневматического оружия. На базе соревнований, увлеченные люди начали создавать клубы стрелков из пневматики, устраивать различные игры. И вот сегодня на прилавках магазинов можно увидеть очень большой ассортимент пневматического оружия, разнящегося своим дизайном, принципами работы и характеристика. Пневматика стала доступна для всех и для каждого, а не только для королей.

1.2. Пружинно-поршневой тип пневматического оружия

Обычно в пневматическом оружии для метания пули используется потенциальная энергия предварительно сжатого (сжиженного) газа или же газ сжимается в момент выстрела. Здесь обобщенный термин «газ» включает в себя воздух, пружину и газовые смеси, но, при необходимости, стоит уточнить конкретную разновидность «рабочего тела». При выстреле происходит расширение «рабочего тела», который, воздействуя на пулю, сообщает ей кинетическую энергию.

Величина переданной энергии, а, значит, скорость пули зависит от многих факторов, включающих в себя:

• отношение массы пули и массы сжатого механизма;

• величину скорости звука в воздухе, которая в свою очередь зависит от температуры;

• коэффициента полезного действия всей системы и т.п.

Чаще всего выделяют три типа пневматического оружия: системы с накачкой, системы на углекислом газе и пружинно- поршневые системы.

Для своего исследования я рассмотрел и использовал самый простой и распространенный тип, пружинно-поршневой.

Рис. 1. Устройство пружинно-поршневого типа оружия

Пружинно-поршневые системы (spring-piston airguns) очень просты и надежны. В них отсутствует система перепускных клапанов и резервуар для хранения сжатого воздуха или газа. Воздушный цилиндр (резервуар) оружия непосредственно соединяется со стволом. При перемещении рычага взведения внутри цилиндра движется поршень, сжимая боевую пружину. Поршень удерживается в таком положении спусковым механизмом. При выстреле поршень перемещается вперед и под действием упругости пружины и запасенной кинетической энергии массивного поршня сжимает воздушную прослойку между поршнем и пулей. В какой-то момент давление сжатого воздуха прослойки преодолевает сопротивление трения пули о стенки ствола, пуля начинает движение вперед и вылетает из ствола. Существует усложненный вариант конструкции, когда внутри воздушного цилиндра имеется подвижный цилиндр («стакан») с отверстием в донце, а внутри подвижного цилиндра находится поршень.

Пружинно-поршневые системы характеризуется отличной повторяемостью выстрелов до тех пор, пока не начнется физическое старение металла боевой пружины.

Пружинно-поршневые системы имеют самый тихий звук выстрела из всех рассмотренных систем (если не учитывать звук от соударений витков пружины и удара поршня). Мощность выстрела колеблется от низкой до очень высокой, начальная скорость пули калибра 4.5 мм - от 100 до 380 м/с и даже выше. Детское оружие с пульками, которое отличается прекрасным внешним видом и большим сходством с реальными образцами, не отличается принципами устройства от настоящего оружия.

Глава 2. Практические исследования.

2.1. Расчет скорости пули игрушечной винтовки при помощи

физических формул.

Скорость пули обычно достигает значительной величины. Для определения скорости пули, при помощи физических формул, используется приближенное прямое измерение по формуле V=S/t (1), где S- измеряемое расстояние от мишени до уровня дула оружия, t- время выстрела и попадания пули в цель. Исходя их известных фактов и анализа разнообразия детского пневматического оружия, известно, что скорость пули достигает в среднем от 200-250 м/с.

Попробуем осуществить расчет скорости пули детского игрушечного ружья по выше приведенной формуле (1). Используем прямой приближенный метод определения расстояния от мишени до винтовки и времени попадания в цель. Для более точного определения данных, произведем несколько выстрелов и усредним показания.

Оборудование: винтовка пневматическая детская (пневматический бластер "Super Storm", с патронами XMY7020), измерительная лента, электронный секундомер Hybrid Stopwatch.

Полученные данные сведём в таблицу 1.

Таблица 1.

№ опыта

t, с

t_ср, с

S, м

S_ср, м

V, м/с

Е_кин, Дж

m, кг

1

0,620

0,573

20

20,167

35,20

1,55

0,0025

2

0,581

20,1

3

0,520

20,4

2.1. Расчет скорости пули при помощи баллистического калькулятора «Стрелок 2.44»

Прострел с различных расстояний - это более точный и реальный способ, с помощью которого можно определить скорость пули. Для этого понадобится не только внимательность, но и компьютер с установленным баллистическим калькулятором «Стрелок», который и даст полную информацию и максимально точные расчеты.

Оборудование: пневматическая винтовка ИЖ-38, измерительная лента, компьютерная программа - баллистический калькулятор «Стрелок 2.44»

1. Установим на компьютер (телефон Android приложение) программу баллистический калькулятор «Стрелок», версия 2.44. На рабочем столе появиться ярлык:

2. Шаг 1.

Выставляем в разделе дистанция нужную цифру (расстояние от мишени до дула винтовки). Затем обязательно уточняем вид патрона, масса, калибр и производителя патронов. Сила ветра выставляется из приблизительных сообщений прогноза погоды. Обнуляем скорость, температура и давление выставляется - стандартная. После установок, нажимаем Сохранить базу. Пристрелка. Автоматически выставляется Пристрелка на месте. Нажимаем Вычислить.

3. Шаг 2.

Появляется окно Новый патрон. В нем калькулятор уточняет введенные ранее данные. Проверяем и нажимаем Сохранить.

4. Шаг 3.

В данном окне База данных выбираем строку с своими данными (она помечается красным цветом). Нажимаем Зарядить. Появляется окно Баллистический калькулятор, в котором нажимаем изменение пристрелки на месте.

5.Шаг 4.

Появляется окно Винтовка. В котором следует выставить высоту прицела над стволом (я выставлял рост стреляющего). Выбрать вид винтовки из предлагаемого перечня. Нажимаем Оставить.

6. Шаг 5.

В окне дополнительные данные следует выбрать Таблица.

7. Шаг 6.

Это завершающий шаг! В данном окне строится таблица из тех параметров, которые выбираем для себя сами: Скорость, Энергия, Время. Необходимо выставить шаг дистанции, для дальнейшего прогноза и наблюдения за показаниями, по мере удаления от мишени.

Большинство таких программ и разработано как раз для пневматики. Хоть погрешность в измерениях никуда не денется, однако результат все равно останется достаточно достоверным. Каким бы способом вы ни измеряли скорость вылета пули из своего оружия, погрешность все равно никуда не уйдет, так как внешняя среда всегда будет разной по своим показателям.

Заключение

Обобщая все выше сказанное, можно сказать, что благодаря нашим исследованиям я понимаю всю серьезность вопроса о безопасности человека, играющим детской пневматикой.

Соотношение масс пуль m₁- масса пули пневматической винтовки ИЖ-38 и m₂- масса пули детской пневматической винтовки:

m₁/ m₂= 0,0055кг/ 0,0025кг= 2,2 раза

Пуля реального оружия больше по массе приблизительно в 2 раза.

Соотношение скоростей вылета пуль из ствола V₁ скорость пули ИЖ-38 и V₂- скорость пули детской винтовки:

V₁/ V₂=90,5м/с/35,2м/с = 2,57 раза Скорость вылета пули реального оружия в 2,5 раза больше скорости детской винтовки.

Сила удара зависит от массы пули и скорости ее вылета. По всем приблизительным сравнениям соотношений массы и скоростей, полученных путем вычисления, получается, что детское оружие, всего лишь, снижает опасность травматизма на половину. (Приложение 1)

Мы подтверждаем гипотезу о том, что детское пневматическое оружие очень опасно для игры детей младшего и старшего возраста без строгого контроля со стороны взрослых. При попадании пули детского оружия в тело человека или животного, могут быть получены непоправимые травмы, потери органов зрения и т.д..

Оградите своих детей от такого вида игрушек!

Список используемых источников и литературы

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика 11. Просвещение, Москва 2013.

2. Перышкин А.В. Физика 7 класс ,Москва 2014.

3. Перышкин А.В. Физика 8 класс ,Москва 2014.

4. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 2. Наука Москва, 1990 5. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, том 3. Наука Москва, 1995.

6. Горелик Г.С. Механика, Москва 2000.

7. Закон Российской Федерации "Об оружии" от 20 мая 1993 года.

8. Материалы Василия Лесникова газеты "Пять Охот", Москва 2011.

Интернет ресурсы:

1. ada.ru/Guns/ballistic/calc/PC/index.htm

2. edu54.

3. portfolio.1september.ru/subject.php

4. Web-сайт "Из истории механики"

14