Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 43)

SỰ THĂNG BẰNG CỦA VIÊN ĐẠN

Như ta đã thấy ở phần trước, yếu tố chính làm thăng bằng một viên đạn là chuyển động xoay tròn của nó, và sự xoay tròn này được tạo ra bởi phần bên trong “xẻ rãnh” của nòng súng. Nòng xẻ rãnh có các đường khía xoắn ốc theo trục dài của nó. Viên đạn bị ép vào những rãnh này, tạo ra chuyển động xoay tròn dọc theo trục dài của nó. Khi viên đạn ló ra khỏi nòng, nó hành xử giống như một con quay. Đặc biệt, nó có sự thăng bằng của một con quay. Nếu bạn từng chơi với con quay, thì bạn biết rằng cần tốn một lực đáng kể để đưa nó ra khỏi hướng mà nó đang quay tròn. Đây là cái đem lại cho viên đạn sự thăng bằng của nó và tầm xa tăng lên của nó; không có sự thăng bằng thì viên đạn sẽ bổ nhào trong khi bay, và áp suất không khí sẽ tác dụng lên nó mạnh hơn nhiều.

Các rãnh xoắn ốc trong nòng súng trường

Các rãnh xoắn ốc trong nòng súng trường.

Rãnh xẻ thường được định lượng bằng bước xoắn, nó biểu diễn quãng đường viên đạn đi trong nòng khi nó quay trọn một vòng. Bước xoắn càng ngắn thì tốc độ quay tròn càng lớn. Nếu bạn nhìn kĩ vào sự xoắn ốc bên trong nòng, thì bạn sẽ thấy nó là một dải các rãnh có rìa tương đối sắc nhọn. Những phần bị cắt khỏi nòng được gọi là là rãnh, và những vùng còn lại được gọi là gờ. Kiểu xẻ rãnh này thường được gọi là xẻ rãnh thông thường, ngoài ra còn có một kiểu khác. Theo kiểu này, toàn bộ nòng được cắt theo hình một đa giác (ví dụ, lục giác), với hình dạng đa giác đem lại cú xoắn khi viên đạn đi xuống nòng. Nó được gọi là xẻ rãnh đa giác. Trong trường hợp các quả đạn lớn, ví dụ các quả đạn bắn ra từ súng trên tàu biển và xe tăng, quả đạn được trang bị thêm vây theo theo rãnh khi chúng đi qua nòng.

Trong đa số trường hợp quả đạn gặp rãnh xẻ xoắn gần như ngay sau khi nó rời khỏi mâm đốt; tuy nhiên, trong một số trường hợp chuyển động xoay tròn được tăng dần dần. Kiểu này được gọi là thu-xoắn. Trong trường hợp này không có rãnh xẻ từ mâm đốt cho đến “họng” súng. Bởi thế, khi viên đạn mới rời khỏi hộp đạn, nó không xoay tròn. Tuy nhiên, nó gặp rãnh xẻ sau khi nó đi được một đoạn ngắn, và trong đa số trường hợp việc xẻ rãnh làm tăng tốc độ xoắn của nó lên từ từ. Điều này cho phép viên đạn phân tán moment quay tăng lên của nó trên một đoạn đường lớn hơn.

Số lượng rãnh trong nòng có thể biến thiên, tùy thuộc vào hình dạng và độ sâu của chúng. Hơn nữa, hướng xoắn có thể theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại, và bước xoắn có thể khác nhau tùy thuộc vào hình dạng, trọng lượng, và độ dài viên đạn. Ở các khẩu súng nạp đạn, viên đạn được đưa vào mâm đốt. Khi khai hỏa, “chỗ ngồi” xuất hiện trong họng súng. Họng súng thường hơi lớn hơn viên đạn, nên khi viên đạn cháy nó dãn ra dưới áp suất chất khí phía sau nó cho đến khi đường kính của nó khớp với bên trong nòng. Viên đạn to lên khi ấy đi xuống họng đến rãnh xẻ, nơi đó nó bị “ấn xuống”; nói cách khác, các rãnh cắt vào trong nó. Do bởi các rãnh này, viên đạn bắt đầu quay tròn.

Tốc độ xoắn ứng với một viên đạn nhất định là yếu tố quan trọng. Trước tiên, nó phải đủ để làm thăng bằng viên đạn, song nó phải không lớn hơn giá trị này, và tốc độ xoắn lí tưởng phụ thuộc vào trọng lượng, độ dài, và hình dạng chung của viên đạn. Tốc độ xoắn có thể biến thiên đáng kể; chẳng hạn, các khẩu súng xưa thường có tốc độ xoắn thấp cỡ một vòng trong bảy mươi inch. Các khẩu súng hiện đại hơn có tốc độ xoắn cao hơn nhiều, ví dụ một vòng trong mười hai inch, hay thậm chí một vòng trong mười inch. Nói chung, súng trường có tốc độ xoắn cao hơn nhiều so với súng lục. Tốc độ xoắn (T) thường được biểu diễn là T = L/D, trong đó L là độ dài ứng với một vòng quay, và D là đường kính nòng.

Nếu tốc độ xoắn quá nhỏ, thì viên đạn sẽ trệch đường (chuyển động tới lui theo hướng bay), và nếu điều này xảy ra, thì cuối cùng nó sẽ bắt đầu bổ nhào và mất độ chuẩn xác của nó. Tốc độ xoắn quá thấp cũng có thể làm cho viên đạn tiến động xung quanh trọng tâm của nó. Như ta đã thấy ở phần trước, đây là một chuyển động bạn có thể dễ dàng thấy ở một con quay.

Mặt khác, tốc độ xoắn cũng có thể quá cao. Ở nhiều vật quay tròn, có một lực bên ngoài thường gọi là lực li tâm (đây thật ra là một tên gọi sai), và chuyển động quay càng nhanh thì lực này càng lớn. Đối kháng với nó là lực cố kết đang giữ viên đạn lại. Khi lực li tâm trở nên lớn hơn lực cố kết, thì quả đạn vỡ và bay ra xa nhau. Trên lí thuyết, một viên đạn có thể có tốc độ quay lên tới khoảng ba trăm nghìn vòng trên phút. Tuy nhiên, đa số viên đạn có tốc độ quay nhỏ hơn nhiều so với con số này, thường trong mức hai mươi đến ba mươi nghìn vòng trên phút.

ĐẠN ĐẠO CHẠM ĐÍCH

Đạn đạo về đích là nghiên cứu cái xảy ra với viên đạn hay vật ném sau khi nó chạm trúng mục tiêu. Rõ ràng vận tốc của nó sẽ thay đổi nhanh chóng. Nó có thể bị mục tiêu làm dừng lại, hoặc có thể đi xuyên qua mục tiêu. Trong vật lí học có hai phương pháp xử lí trường hợp này; chúng được gọi là bức tranh lực hay động lượng, và bức tranh năng lượng. Trong bức tranh lực, chúng ta xử lí với các lực (hay các động lượng), vì thế chúng ta dùng định luật Newton thứ ba, nó nói rằng ứng với mỗi lực tác dụng có một phản lực bằng về độ lớn và ngược chiều. Trong trường hợp này chúng ta quan tâm lực tác dụng lên mục tiêu, hay động lượng truyền sang nó. Theo quan điểm kia, bức tranh năng lượng, chúng ta quan tâm động năng, thế năng, và bất kì loại năng lượng nào khác có thể liên quan. Trong đa số trường hợp, trong hai cách thì bức tranh năng lượng dễ sử dụng hơn, và lí do chính là vì sự bảo toàn năng lượng nói rằng năng lượng không thể tự nhiên sinh ra hay mất đi; nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Vì thế với bài toán đã cho, toàn bộ những gì bạn phải làm là nhìn vào mỗi loại năng lượng có liên quan để đảm bảo rằng mọi thứ cộng chung lại. Trong trường hợp viên đạn được khai hỏa từ khẩu súng, hóa năng của viên đạn chuyển hóa tức thì thành áp suất chất khí và năng lượng nhiệt trong nòng súng. Năng lượng này sau đó chuyển hóa thành động năng của chuyển động viên đạn cộng với năng lượng âm thanh. Và một phần năng lượng bị tiêu hao do sức cản của không khí. Chính động năng mà viên đạn có được cuối cùng ngay trước khi nó chạm trúng mục tiêu mới là quan trọng.6

Vài thứ có thể xảy ra khi viên đạn chạm trúng mục tiêu. Nếu viên đạn dừng lại bên trong mục tiêu, nó truyền toàn bộ động năng của nó sang mục tiêu, và đồng thời nó truyền động lượng của nó sang mục tiêu. Nó cũng có thể đi xuyên qua mục tiêu và ló ra ở phía bên kia. Trong trường hợp này viên đạn truyền một phần động năng của nó và một phần động lượng của nó sang mục tiêu. Cuối cùng, có khả năng trong trường hợp mục tiêu được bọc giáp tốt, viên đạn có thể dội trở lại. Trong trường hợp này, nó truyền toàn bộ động năng của nó sang mục tiêu, thế nhưng thật ra mục tiêu nhận được nhiều động lượng hơn viên đạn có lúc ban đầu. Bởi vậy, các thuật ngữ như “sức hạ gục” hay “sức chặn đứng”, thường được dùng trong đạn đạo chạm đích, thật ra là vô nghĩa. Sức hạ gục ý nói tới sự truyền động lượng thôi, nhưng trên thực tế chính sự truyền động năng mới gây thiệt hại thật sự. Cái xảy ra với mục tiêu tùy thuộc vào các chi tiết của va chạm và xảy ra trường hợp nào trong ba trường hợp trên, vì thế bạn không thể nói một loại đạn dược (hay súng) nhất định có một sức hạ gục nhất định.

Một trong những vấn đề chính liên quan đến đạn đạo chạm đích là độ đâm xuyên của viên đạn. Một số đo của nó được cho bởi độ sâu va chạm của viên đạn, đó là độ sâu mà viên đạn chạm tới trước khi nó dừng lại. Trong một số trường hợp, viên đạn được thiết kế để thu được độ đâm xuyên tối đa, trong những trường hợp khác chúng được thiết kế để gây thiệt hại tối đa. Thiết kế viên đạn khá khác nhau trong hai trường hợp. Viên đạn được thiết kế cho độ đâm xuyên tối đa được chế tạo sao cho chúng không biến dạng lúc va chạm (hay chí ít, biến dạng càng ít càng tốt). Chúng thường được làm bằng chì tráng một lớp đồng, đồng thau, hoặc thép. Vỏ đạn chỉ đậy vùng trước của viên đạn. Đặc biệt, các viên đạn xuyên giáp dành cho quân lực nhỏ thường được làm bằng đồng bọc vỏ thép. Đối với những đạn dược lớn hơn như súng trên xe tăng, thì tungsten, nhôm, và magnesium thường được dùng trong đạn pháo.

Mặc dù một số viên đạn được làm cho dãn ra khi chúng chạm trúng mục tiêu, nhưng loại đạn dược này nay bị cấm dùng trong chiến tranh theo Hiệp định Hague năm 1899, Tuyên bố III.

Vật lí học và chiến tranh
Barry Parker - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 32)
13/11/2019
12. TÌM KIẾM SỰ SỐNG NGOÀI TRÁI ĐẤT Một ngày nọ, người ngoài hành tinh đến. Họ đến từ những vùng đất xa xôi mà chưa
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 31)
13/11/2019
HẬU NHÂN LOÀI TRONG TƯƠNG LAI? Những ủng hộ chủ nghĩa biến đổi nhân loài tin rằng khi chúng ta gặp gỡ nền văn minh tiên
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com