Реферат : Физические основы явления выстрела 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Физика


Физические основы явления выстрела




Физические основы явления выстрела

В некотором приближении поведение пороховых газов можно описать с помощью уравнения Менделеева  Клапейрона. Это позволяет качественно проанализировать явление выстрела и построить графики зависимости давления газа p скорости пули v от пути l, проходимого ею в канале ствола (см. Рис.).

Рассмотрим, как происходит процесс выстрела. Его длительность можно условно разделить на такие последовательные периоды: предварительный  от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола; первый  от начала движения пули по стволу до полного сгорания порохового заряда; второй  от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули из ствола; третий  от момента вылета пули до прекращения возрастания её скорости.

Рассмотрим, как меняется давление порохового газа при выстреле (кривая I на рис.).


Предварительный период. Во время горения заряда образуется пороховой газ. Давление его можно выразить формулой:

(1)

где Т, V и m  соответственно температура, объём и масса порохового газа, М  его молярная масса, R  универсальная газовая постоянная. Поскольку объём газа не меняется, а температура и масс резко увеличиваются, давление газа будет расти по закону:

,

где С  постоянная величина. Давление пороховых газов будет возрастать до тех пор, пока пуля не сдвинется с места.

Первый период. Его условно можно разделить на три полпериода. Рассмотрим их поочерёдно.

  1. Масса порохового газа m возрастает быстрее, чем объём V запульного пространства (объём, заключённый между дном пули и дном гильзы). Учитывая, что

(S площадь сечения канала ствола, l путь пули в канале ствола), изменение давления газа в первый подпериод можно представить графически в виде участка 1-2 кривой I.

  1. Скорость возрастания массы порохового газа становится близкой к скорости движения пули, или, что одно и то же, к скорости изменения объёма V. Тогда формула (1) принимает вид

,

где С1  постоянная величина. Графически изменение давления в этот подпериод можно представить в виде участка 3-4 кривой I.

  1. Объём V запульного пространства вследствие быстрого увеличения скорости пули растёт гораздо быстрее массы m притока порохового газа, и изменением массы можно пренебречь. Тогда формула (1) примет вид:

,

где С2  постоянная величина. Изменение давления газа в этот подпериод можно представить в виде участка 5-6 кривой I.

Промежуточные процессы между подпериодами можно приближённо изобразить соответствующими участками 2-3 и 4-5 кривой I.

Второй период. Так как весь пороховой заряд уже сгорел, масса газа не меняется. Тогда формула (1) принимает вид

,

где С3  постоянная величина. Изменение давления можно представить участком 6-7 кривой I.

Третий период. Часть газа вырывается из канала ствола вслед за пулей, при встрече с воздухом образует пламя и ударную волну. Следовательно, масса газа m уменьшается. Так как при этом увеличивается объём газа, то, согласно формуле (1), происходит резкое падение давления газа (участок 7-8 кривой I). Это уменьшение происходит до тех пор, пока давление порохового газа на дно пули не уравновесится сопротивлением воздуха.

График изменения скорости пули в канале ствола (кривая II на рис.) можно построить, если предположить, что сила, действующая на пулю со стороны пороховых газов, много больше силы сопротивления, силы трения и т. д.

В предварительный период скорость пули не меняется. В остальные периоды ускорение пули пропорционально давлению. Действительно, на пулю действует сила:

,

где p  давление порохового газа, S  площадь сечения канала ствола. Следовательно, если масса пули m, то её ускорение

.

Поскольку давление газа в канале ствола во все периоды много больше атмосферного, ускорение пули будет больше нуля, т. е. Она будет двигаться ускоренно.

В первый подпериод ускорение увеличивается, следовательно, скорость пули будет резко возрастать. Графически это изменение скорости можно представить в виде участка 1-2 кривой II. Во второй подпериод ускорение почти не изменяется, поэтому движение пули будет близким к равноускоренному (участок 3-4 кривой II). В третий подпериод ускорение пули уменьшается, но остаётся положительным, следовательно, прирост скорости пули уменьшается (участок 5-6 кривой II). Во второй и третий периоды происходит дальнейшее уменьшение ускорения, что соответствует уменьшению прироста скорости (участок 7-8 кривой II).

Можно исследовать начальную скорость пули с помощью законов сохранения. Начальной скоростью пули называется та скорость, с которой она покидает канал ствола. Закон сохранения энергии для явления выстрела можно записать так:

. (2)

Здесь Е1  энергия, выделяющаяся при сгорании пороха, Е2  кинетическая энергия пули в момент вылета из канала ствола, Е3  кинетическая энергия стрелкового оружия, Е4  энергия, уносимая выброшенными пороховыми газами, идущая на нагревание ствола, и т. д.

Очевидно,

(3)

(q  теплота сгорания пороха, m1  его масса);

(4)

(m2  масса пули, V  её скорость в момент вылета из ствола);

(5)

(m3 масса оружия, u  скорость отдачи при выстреле), причём, поскольку согласно закону сохранения импульса,

,

выражение (5) можно записать в виде:

. (6)

Энергия Е4 зависит прежде всего от длины ствола l. При малой длине много энергии будет выбрасываться наружу, при слишком большой окажутся значительными потери энергии на нагревание ствола и преодоление сил сопротивления, действующих на пулю в его канале. Следовательно, важно выбрать некоторую оптимальную длину ствола, при которой энергия Е4 будет минимальной.

Учитывая (3)-(6) и приведённые выше рассуждения, выражение (2) можно переписать в виде:

.

Откуда начальная кинетическая энергия пули:

.

С помощью этой формулы легко доказать следующие утверждения:

  • начальная скорость пули зависит от длины ствола, массы пули, массы порохового заряда и от других факторов;

  • чем длиннее ствол (до известных пределов), тем дольше действует на пулю пороховой газ и тем больше её начальная скорость;

  • при постоянных длине ствола и массе порохового заряда начальная скорость пули тем больше, чем меньше её масса.

Можно сказать, что скорость пули зависит и от массы стрелкового оружия.

Похожие работы:

  • Основы безопасности и теория риска

    Реферат >> Безопасность жизнедеятельности
    ... основы безопасности жизнедеятельности. Опасность. Основные понятия и определения. Опасность – это явление ... делятся на физические, химические, биологические и психофизические. Физические опасности ... поражения цели “с одного выстрела”. Развитие космонавтики и ...
  • Физические концепции Cредневековья и Возрождения

    Реферат >> Наука и техника
    ... света трактует как механическое явление. Установив, что ... таким образом, заложил основы экспериментального метода естествознания, ... тела (так при выстреле из пушки выталкивается ядро ... реальные свойства действительности физической концепции, а потребности ...
  • Основы уголовно-правовой борьбы с терроризмом

    Дипломная работа >> Государство и право
    ... характера», Теоретическая основа работы. Проблемам ... к данному явлению. Терроризм как явление рассматривается современной ... функционального террора - физическое уничтожение государственных чиновников ... совершен выстрел по вертолету. Момент выстрела ...
  • Основы философских знаний

    Реферат >> Философия
    ... содержание и форма, сущ­ность и явление, необходимость и случайность и т.п. Эти ... Нетерпимость к инакомыслию — основа любого деспотизма, диктатуры ... зарядки от функции вы­стрела у ствола. ... , свободно располагающим своими физическими и интеллектуальными силами в ...
  • Основы современного социального управления

    Реферат >> Социология
    ... информации. Управленческая деятельность в основе своей и посвящена поиску ... данной категории работни­ков затраты физического и умственного труда так ... скрываются неоднозначные, разнородные явления. Так, в ... мишени. Преждевременный выстрел здесь столь же ...
  • Основы искусства речи

    Книга >> Иностранный язык
    ... изложении мыслей о явлениях нефизического порядка, большинство ... можно уподобить холостому выстрелу. В ней нет ... Наша духовная, умственная, моральная и физическая жизнь... И необоснованный и нелогичный... ... ЛИТЕРАТУРЫ 1. П.Л. Сопер «Основы искусства речи» под ред. ...
  • Основы менеджмента

    Учебное пособие >> Менеджмент
    ... . Основа всякой науки — это возможность объективно измерить изучаемые явления. ... идет о физических, аналоговых и математических моделях. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ. Физическая модель представляет ... менеджеры услышали хлопок стартового выстрела еще два десятилетия тому ...
  • Основы пивоварения

    Сочинение >> Кулинария
    ... протекают различные биохимические, физико-химические и физические процессы, в результате которых пиво осветляется ... нет? Одна из причин этого явления - пиво очень осветлилось и в нем ... в том же песке, иначе пробки выстрелят. Пиво из верхушечек сосновых веточек ...
  • Кинематика и динамика поступательного движения

    Учебное пособие >> Физика
    ... Механика.  М.: Наука, 1975. Хайкин С.Э. Физические основы механики.  М.: Наука, 1971. Фриш ... известны. 3. Производят 3 – 5 выстрелов. В каждом опыте записывают смещение s. ... W, перешедшей в тепло. Явления необратимого превращения в теплоту механической ...
  • Методика обучения школьников основам комбинаторики, теории вероятностей и математической статистики в рамках профильной школы

    Дипломная работа >> Педагогика
    ... физическом профиле. Вряд ли их изучение необходимо в математическом профиле, поскольку основы ... Вероятностный характер многих явлений действительности во многом ... в мишень первым выстрелом», событие В – «попадание в мишень вторым выстрелом». В чем состоит ...