Balística exterior

Balística Intermedia

Comprende una fracción de tiempo entre la balística interior (fenómenos físicos y químicos ocurridos en el interior del anima), y la balística exterior. Es cuando un proyectil deja la boca del cañón y aun puede sentir el efecto de los gases que detrás de él, también salen por la boca.

Este efecto es más notable en Artillería, pero también es perceptible en armas de menor tamaño, considerando que la velocidad máxima del proyectil se alcanza a una distancia extremadamente corta de la boca del arma, cuando los gases aun no se han dispersado y todavía empujan, y el proyectil está libre de la fricción del estriado. Hasta la fecha ningún postulado serio ha logrado determinar matemáticamente ¿cual es? la proporción de esta incidencia.

Balística Exterior

Estudia el movimiento del proyectil en el aire, desde que abandona la boca del cañón, hasta el impacto o hasta que se detiene. Los fenómenos básicos que inciden sobre la trayectoria de un proyectil son:

* Velocidad (A)
* Energía (B)
* Resistencia del Aire (C)
* Coeficiente Balístico (D)
* Fuerza de Gravedad (E)
* Vientos (F)

(A) Velocidad

La velocidad se divide en dos etapas, siendo la primera Velocidad inicial (V.i.), o en boca, y la segunda Velocidad Remanente. La primera hace referencia a la velocidad del proyectil al abandonar la boca del cañón, esta es la máxima velocidad, y la adquiere por la acción de los gases de combustión de la pólvora, en general se busca que la V.i. sea lo mayor posible, pues así se logra que el proyectil obtenga mayor energía y mayor precisión (como veremos en el apartado B).

La velocidad remanente (V.r.) es la velocidad que posee el proyectil en cualquier punto de la trayectoria, a medida que este se aleja de la boca del arma va a ser menor, debido a la resistencia del aire y el efecto de succión a los que se ve sometido el proyectil. Cuando se hace referencia a la V.r., se debe indicar concretamente la distancia desde la boca del arma que lo disparó, ya que es un dato necesario para calcular la energía del proyectil. Para realizar la medición de velocidad del proyectil se utiliza el cronógrafo, el cual calcula el tiempo que demora un objeto en pasar por dos puntos, en donde se encuentran células fotoeléctricas que registran el paso de la sombra del proyectil.

El tiempo de Volido es el tiempo empleado por el proyectil en recorrer una determinada distancia desde la boca del cañón.

(B) Energía

Es la capacidad de un cuerpo de producir trabajo según su posición, y velocidad. En Balística exterior esta energía es denominada Energía Cinética, y su valor es el producto de su masa por el cuadrado de la velocidad, todo dividido por dos (EC=1/2.m.v²), se expresa en Kilogrametros (Kgm), ó en Julios (J). Para conocer la energía de un proyectil a determinada distancia del arma, basta con medir su velocidad, ya que la masa la poseemos, y aplicar la formula, o acudir a las tablas balísticas del fabricante (si las hubiera), donde ya tienen las tabulaciones de sus productos.

Como hemos visto en la fórmula, la velocidad juega un papel principal en el valor de la energía cinética y de aquí se desprende que la perdida de energía contra la resistencia del aire (punto C), está dado por el coeficiente balístico, o forma del proyectil, (punto D) y que cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la energía (punto C, gráfico 1), y menor será la proporción de energía cedida en el mismo trayecto. La Energía en boca es la que se produce en la salida del cañón, es una característica de la combinación cartucho y el arma.

(C) Resistencia del aire

El primero que estudió el problema de la fuerza resistente al avance de un cuerpo en un medio fluido, como puede ser el aire, ha sido el insigne sabio inglés Sir Isaac Newton. La naturaleza exacta de la resistencia en que se encuentra un cuerpo moviéndose a través de un fluido, tanto sea incompresible (agua) como compresible (aire), es un asunto muy complejo; que comprende varios fenómenos físicos, que en general pueden ser divididos en 5 tipos:

* Resistencia a la fricción o rozamiento entre objetos. (1)
* Resistencia por rodadura. (2)
* Resistencia viscosa debida a la propia viscosidad del fluido en que el cuerpo se desplaza. (3)
* Resistencia de estela debida a la formación de torbellinos en el medio fluido detrás del móvil. (4)
* Resistencia de onda que obedece a la formación de ondas radiadas desde el móvil al medio que lo rodea.(5)

Las tres últimas comprenden el caso de un proyectil. En consecuencia del punto 3, el proyectil a su paso por el aire se ve frenado por el frente de resistencia del medio. Con respecto al punto 4 se produce detrás del proyectil una serie de movimientos en forma de torbellinos que provocan una succión del proyectil mismo, (en especial a velocidades supersónicas) restándole velocidad y desestabilizándolo.

En tanto que el punto 5 hace referencia a la energía cedida por el proyectil al medio que lo rodea. Al físico vienés E. Mach le debemos haber sido el primero que consiguió fotografiar el vuelo de un proyectil, y hacer al mismo tiempo visible la variación de densidad del aire que rodea al ingenio. La toma de Mach ha demostrado que la velocidad del sonido (330 m/s. Aprox.) es de una importancia decisiva para vencer la resistencia del aire. Esto nos da que cuanto mayor sea la velocidad del proyectil, más fácilmente se superará dicha resistencia.

Como se puede apreciar en el gráfico 1, delante del proyectil se produce una onda denominada de condensación, que forma un semi ángulo (e) con el eje del proyectil, y a medida que aumenta la velocidad del proyectil (V) más disminuye este ángulo (e), y la estela se acerca más a la línea de dirección del objeto. Además observamos en el gráfico que detrás de la onda de condensación, surgen más ondas, y que detrás del proyectil se forman los remolinos del punto 4.

Para disminuir la presencia de estos remolinos se le da a la base del culote (gráfico 2) un rebaje (ángulo de estrechamiento) con un ángulo (d) que oscile entre 5° y 9°, con el fin de que el aire que pasa rozando la parte cilíndrica pueda llegar a la cónica sin el efecto de succión y sin remolinos, aunque la formación de remolinos nunca será de un igual a cero. Es por estos motivos que el problema de la aerodinámica es tan complejo. Todavía no existe una teoría completa de la aerodinámica que pueda establecer predicciones al respecto o como dijo von Karman, "esta disciplina hasta el presente deberá contentarse con realizar ensayos experimentales en los llamados túneles de viento y tabular los resultados".

(D) Coeficiente Balístico

Es una medida relativa de la capacidad de un proyectil para vencer la resistencia del aire, en comparación con otro, del mismo calibre pero de características standard y tomado como patrón. Es un número resultante de dividir la retardación del proyectil patrón por la del proyectil en cuestión; se puede expresar también como la densidad de sección dividida el factor de forma (p/d2.i)-.

Dicho resultado es una fracción que, cuanto mayor, mejor es el comportamiento del proyectil; dicho en otras palabras, más chata será su trayectoria y por lo tanto se mantendrá más próxima a la línea de la mira. Se calcula prácticamente midiendo la velocidad, y por lo tanto la retardación en dos o tres puntos de la trayectoria, aunque para casos prácticos, estos valores se obtienen de las tablas balísticas. Por ejemplo: un proyectil de .45 ACP semi-wadcutter de 200 grains tiene un coeficiente de 0,078; mientras uno de concurso de .30-06 de 200 grains tiene 0,556.

Esto quiere decir que la forma del proyectil dará el valor de coeficiente balístico. Si bien es un valor teóricamente constante, puede variar con la velocidad del proyectil (punto C, gráfico 1).

También de aquí se desprende el coeficiente de forma, que relaciona un proyectil dado con la forma de uno standard utilizado para el cálculo del coeficiente balístico.

(E) Fuerza de la Gravedad

También denominada fuerza "g", es la atracción que ejerce la tierra sobre los cuerpos en sus proximidades; actúa desde el momento en que el proyectil abandona la boca del cañón y es la causa de la curvatura de su trayectoria. Se mide por la aceleración hacia el centro de la tierra, que es igual a 9,81 m/s².

(F) Vientos

La acción del viento puede alterar la dirección del disparo, si este fuera lateral, o la curvatura de la trayectoria (que veremos más adelante), si fuera axial al eje de la misma. Para subsanar estas desviaciones lo que se requiere es conocer la dirección y la velocidad de este factor, mediante el uso de Anemometro, o de la experiencia adquirida en campo; y corregir la dirección o elevación del aparato de puntería.

Como resultado de estos factores, podemos comenzar a referirnos al termino trayectoria, la cual es aproximadamente un arco de parábola, desde que sale de la boca del arma hasta el punto de impacto, en la que se distinguen las siguientes características:

* Origen: el momento en que sale el proyectil de la boca del arma.
* Rama ascendente: es el recorrido en que el proyectil gana altura con respecto a la horizontal de la línea de mira.
* Vértice: es el punto más alto con respecto a la horizontal anterior.
* Ordenada máxima: o altura del vértice, es la distancia desde la horizontal hasta el vértice.
* Rama descendente: es el recorrido que realiza el proyectil a partir del vértice y comienza a perder altura.
* Punto de impacto: cuando arriba al objetivo.

Como ya hemos visto que hay tres fuerzas que actúan para definir la forma de la trayectoria: a) la velocidad inicial, en conjunto con la energía; b) la resistencia del aire, junto al coeficiente balístico; y c) la fuerza de la gravedad.

Es por esto, que la trayectoria no es un arco perfecto de parábola ya que por la resistencia del aire y la pérdida de velocidad disminuye la energía del proyectil, perdiendo coeficiente balístico (punto D), y aumentando la resistencia del aire (como hemos visto en el punto C gráfico 1, y la teoría de E. Mach), y por esta causa el vértice estará más cerca del punto de impacto que del de origen, y el ángulo de caída es mayor que el de salida.

LDM= Línea de Mira / AM= Angulo de Mira / V= Vértice / OM= Ordenada Máxima / LDT= Línea de Tiro / AC= Angulo de Caída / PI= Punto de Impacto / AT= Angulo de Tiro = Angulo de Elevación

Por lo tanto un proyectil con un mejor coeficiente balístico junto con una mayor velocidad inicial, tendrá una trayectoria más chata con respecto a otro de bajo coeficiente balístico y baja velocidad.

Caída de la trayectoria: es el desplazamiento gradual del proyectil hacia el centro de la tierra por efecto de la gravedad, medido en un plano vertical, respecto al eje del ánima que lo disparó. Este efecto es una medida de la curvatura de la trayectoria, la que es compensada por el aparato de puntería.

Línea de Mira: línea recta imaginaria entre el ojo del tirador y el blanco, pasando por el aparato de puntería.

Línea de Situación: línea recta imaginaria que une el centro de la boca del cañón con el blanco en el momento de la salida del proyectil; también Plano Horizontal.

Línea de Tiro: tangente a la trayectoria en el origen de la misma, en el momento de salida del proyectil, es el eje del cañón en ese momento.

Angulo de cabeceo: es el ángulo entre el eje del proyectil durante el vuelo, y la tangente de la trayectoria; es permanentemente variable. Para un buen comportamiento balístico debe ser lo menor posible, aunque nunca es cero.

Angulo de caída: es el ángulo formado entre la tangente a la trayectoria en el punto de caída, y el plano horizontal.

Angulo de elevación:es el ángulo formado entre la línea de tiro (eje del cañón) y el plano horizontal (que une la boca del cañón en línea recta con el blanco).

Aparatos de puntería

Considerando que la trayectoria de un proyectil es una parábola imperfecta, para permitirnos realizar puntería, se debe utilizar un sistema adosado, generalmente, por encima del cañón, estando compuestos los clásicos por un alza y guión (hay varios tipos como veremos más adelante), en donde la línea recta formada por el sistema no va a ser paralela con el eje del cañón, si no que va a tener un ángulo convergente al mismo, obligando la elevación del cañón para lograr la parábola.

La calibración del sistema de mira se logra mediante el aumento o disminución de la altura del alza, y haciéndolo coincidir con un determinado punto de la parábola a determinada distancia del arma. Por ende a mayor distancia de la boca, mayor altura del alza, y mayor ángulo de convergencia entre la línea de mira y el eje del cañón.

Así también funciona la regulación en deriva, desplazando el alza hacia los laterales consiguiendo desplazar el eje del cañón hacia el lugar deseado.