科普帖,转帖,朝天开枪,子弹下落会有危险吗?
子弹正上方射出后,有一部分能量被空气阻力消耗了,落下来后的危险程度取决于这部分消耗能量究竟有多大。下面我们一起分析一下。
1、子弹的受力
子弹在发射出枪口的瞬间,就获得了初速度。此后,子弹不再受到火药推力的作用,而仅仅是重力和空气阻力。在上升阶段,空气阻力向下,与重力一起,减缓子弹的上升速度。当子弹到达最高点后,受重力作用开始下降,此时空气阻力向上,阻碍子弹下降。
空气阻力与速度的平方成正比,速度越快,阻力越大。因此,在子弹发射的瞬间,空气阻力由0开始急剧增加,达到最大值。随后,随着上升速度的降低,阻力减小,最高点时阻力为零。下降过程中,速度不断增加,阻力也在增加,到达发射点位置时,返程的阻力达到最大值。但是由于阻力对能量的消耗,返程的速度没有达到发射速度,返程阻力小于发射阻力。
2、子弹的能量估算
以51式手枪为例,其子弹口径7.62mm,重约10g,发射速度约420m/s。因此,其初始状态动能约882J,这么大的能量可将1kg重的物体提升88.2m。假如忽略空气阻力,那么子弹可以升到8820m的高度,都快要打到客机了。
实际上子弹不可能达到那么高,因为空气阻力会消耗掉很大一部分能量。空气阻力表达式如下。其中,C是阻力系数,与形状等有关,ρ是空气密度,s是迎风面积,v是速度。
针对7.62mm的子弹,迎风面积约45.6mm2,空气密度取1.29kg/m3。阻力系数与形状有关,流线型的阻力最小。假设该手枪子弹为尖头,其阻力系数约0.5。那么发射时,最大阻力有2.59N,而子弹的重力约0.1N,阻力是重力的26倍。
子弹在运动过程中,速度不断减小,阻力也随之减小,合外力减小,因此子弹的加速度也在减小。我们假设加速度的减小是线性的,这样方便计算。最大加速度发生在子弹发射的瞬间,根据牛二定律可得,最大加速度有26.9m/s2。最高点加速度为10m/s2,那么上升过程的平均加速度为18.45m/s2,方向向下。下降阶段,由于阻力向上,平均加速度小于18.45m/s2。由于加速度实时在变,很难精确计算。从而很难准确计算高度,及消耗的能量。
通过查阅资料,子弹上升的最大高度约1200m,势能约120J,那么阻力消耗762J。可见,绝大部分能量都被空气阻力消耗了。
下降阶段,重力作正功,从1200m的高空落下,若无阻力,到达地面速度有155m/s。由于阻力的存在,末状态速度肯定低于155m/s。此时,总能量120J,假如与上升阶段一样,阻力消耗86%的能量,那么落地后的速度为75m/s。
实验表明,速度超过61m/s,即可穿透皮肤。因此,该子弹落地后,可以轻易的对人体造成杀伤力。
3、总结
由于空气阻力的大小随速度一直在发生变化,所以很难直接计算出阻力究竟消耗了多少能量。因此,在计算中,根据实际情况,作了很多假设,最后发现子弹落地后的速度仍然有75m/s的大小,可以轻易的穿透人体皮肤。
雷霆总冠军K
· 内蒙古……我觉得这个可以实验……
达拉斯名宿德克41诺维茨基
· 北京这是建立在无空气流动状态下的假设。但如果考虑地球自转和空气的流动,子弹会偏离原先的轨迹,而形成抛物线。子弹向下的动能会更小。所以楼主的计算并不严谨啊,建议重新计算。