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Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

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  • Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

    Si disparamos un fusil, un cañón o una pistola, el proyectil sale con una determinada velocidad y por el hecho de que el arma tiene un rayado en hélice el proyectil sale dando vueltas. Se aprovecha del efecto giroscópico que hace que el objeto mantenga su posición respecto al eje de giro.

    En tiro a cortas distancias y tiro tenso aquí la cosa va sin problemas, el proyectil alcanza su objetivo de punta.

    Pero si disparamos con un ángulo, por ejemplo a 45º con respecto a la horizontal, el proyectil por ese efecto giroscópico intentará siempre mantener ese ángulo, pero la trayectoria del proyectil irá cambiando por efecto de la gravedad, no ocurriendo lo mismo con el proyectil que mantendrá su ángulo inicial, llegando a caer incluso de lado contra el objetivo.

    A no ser que lleve aletas estabilizadoras el proyectil es incapaz de apuntar en la trayectoria. Precisamente el rayado helicoidal se inventó para solucionar este problema.

    ¿Los proyectiles en realidad a grandes distancias caen ladeados o es que algo falla en mi razonamiento?

    Adjunto gráfico de lo que supongo. A la izquierda está el cañón y distintas posiciones del proyectil dentro de su trayectoria como supongo que debería de ser.




    La fuerzas aerodinámicas pienso que no pueden corregir el ángulo del proyectil ya que incluso algunas trayectorias reales se hacen por la estratosfera y mas todavía cuando la corrección mayor debiera de hacerse precisamente cuando lleva menor velocidad.

    También esto puede aplicarse a proyectiles con velocidad subsónica.


    Esta cuestión ya la he formulado dentro y fuera de la Red sin una respuesta satisfactoria. Alguno me ha dicho que es por el centro de presiones del aire sobre el proyectil que si está por detrás del centro de gravedad esto le estabiliza, pero choca como ya he dicho que en algunos proyectiles cuando están en la parte mas alta, el aire está mas enrarecido y precisamente es cuando debiera hacer la mayor corrección y en el caso extremo, disparando a 90º respecto a la horizontal el proyectil llega un instante que está detenido y debiera hacer un giro de 180º, mas o menos como ya habremos visto en algunas escenas de dibujos animados, que disparan para arriba y la bala así de pronto cuando está justo arriba del todo va y se da la vuelta y cae de punta hacia abajo. También cuando un proyectil no va correctamente alineado con su trayectoria el centro de presiones del aire se desplaza hacia adelante, parecido a lo que ocurre con el perfil de un ala.


    También me han dicho que lo expuesto pudiera ocurrir si el giro es demasiado rápido pero en la realidad un mismo arma puede disparar con distintas cargas de pólvora y distintos pesos de proyectil.

  • #2
    Re: Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

    Unas de las correcciones que se deben hacer son las debidas a que la Tierra es un sistema no inercial, así que hay una fuerte aceleración de Coriolis y aceleración de arrastre.

    Comentario


    • #3
      Re: Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

      Los proyectiles que van por la estratosfera son esencialmente cohetes. Nunca he visto un cohete que salga girando. Ni que salga desde un cañón.

      Las estrías helicoidales se utilizan para armas de corto alcance. Ni siquiera un tranque puede lanzar su proyectil a más que unos cuantos kilómetros de distancia y un altura de un centenar o dos de metros.

      La respuesta ya la has dado tú mismo. Los obuses se diseñan con forma aerodinámica precisamente para que se orienten de la forma que produzcan la menor resistencia del aire. Si el aire forma cierto ángulo (no muy grande), su forma suave hace que aparezca un par de fuerzas que lo vuelve a estabilizar.
      La única alternativo a ser Físico era ser etéreo.
      @lwdFisica

      Comentario


      • #4
        Re: Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

        Polonio, efectivamente existen la fuerza de coriolis y arrastre y que omitido. Se deben al movimiento de la tierra pero afectan al desplazamiento del proyectil no a su orientación.

        Pod, nunca he hablado de cohetes y menos que se disparen desde un cañón. Existen proyectiles con aletas que si se disparan de armas ligeras pero no entran en esta discusión al lanzarse de ánima lisa. Existen los morteros lanzan proyectiles con aletas y con su propia carga propulsora pero al ser tubo con ánima también lisa está fuera de esta discusión.

        Respecto a que el cañón estriado se usa solo en armas de corto alcance es totalmente incierto. Todas las que disparen proyectiles tal como entendemos usan ánima estriada. Si a traques te refieres a carros de combate pues perfectamente los 40 km pueden alcanzar sin mencionar cañones autopropulsados que podrían confundirse con carros comunes o los equipados con artillería antiaérea. Y ya con esos alcances pueden alcanzar la estratósfera porque en ese alcance efectivo hay que tener en cuenta las fuerzas de rozamiento del aire que obligan a una velocidad superior y por tanto mayor altura. Mírate también este enlace, es muy interesante http://www.forosegundaguerra.com/viewtopic.php?t=565

        Pero tampoco hay que pelearse por si alcanzan la estratósfera o no. Proyectiles que hacen todo su recorrido por la troposfera también tienen el mismo comportamiento. Como si se trata de una carabina o una pistola de aire comprimido con munición cilíndrica.

        Por último, el centro de presiones de un perfil simétrico es fijo en el mejor de los casos. El de un proyectil SIEMPRE lo es. Los únicos que tienen un corrimiento de presiones negativo son los autoestables, imposible de usar en un proyectil. Y los simétricos incluso como en el caso de un proyectil puede ser positivo. Las turbulencias que provoca por una mala orientación tienden a desestabilizarlo todavía mas. Existen aviones sin cola, unos son perfiles autoestables y otros con perfil simétrico. Estos últimos para mantener su estabilidad usan una cosa que se llama torsión en los marginales que es hacer que en los marginales la incidencia del perfil sea menor que en el encastre para dar estabilidad que al avión. Por ejemplo tenemos el ME-163 de diseño y características de vuelo excepcionales.se

        Si se inventó el ánima rayada en hélice fue por el tema de la estabilidad del proyectil, para que no se desviara por el aire y funciona. Anteriormente se usaban proyectiles esféricos pero cuando se difundió el uso del rayado pasaron casi al olvido.

        Gracias de todas formas por vuestro interés y opiniones. Si algún día me entero ya colgaré la respuesta.
        Última edición por hidracina; 15/03/2011, 19:37:52.

        Comentario


        • #5
          Re: Posición de un proyectil respecto a su trayectoria, efecto giroscópico

          Escrito por hidracina Ver mensaje
          Si se inventó el ánima rayada en hélice fue por el tema de la estabilidad del proyectil, para que no se desviara por el aire y funciona. Anteriormente se usaban proyectiles esféricos pero cuando se difundió el uso del rayado pasaron casi al olvido.
          Es que, en realidad, tu mismo le estas dando vueltas a la respuesta sin convencerte de ella.

          No tienes que tomarte la ley del giriscopio como inmutable, como si algo que gira no pudiera cambiar su eje de rotación.

          La "ley del giroscopio" es en realidad la conservación del momento angular. ¿Cuando se conserva el momento angular? Cuando no hay torque externo. Si hay un torque externo, el momento puede cambiar, y por lo tanto el eje de rotación también; el torque es proporcional a la derivada del momento angular. Un cuerpo girando es más estable porque, dado un mismo torque, el cambio absoluto en el momento angular siempre será el mismo; pero si el momento angular es grande de entrada, el cambio relativo será menor.

          Eso no quiere decir que no se pueda cambiar el eje de rotación. La gracia de la forma de la bala es que si el viento le entra en paralelo con su eje (nos ponemos en el SR donde está en reposo; es lo que siempre se hace para separar el movimiento en traslación del CM y rotación a su alrededor), al ser simétrica no hay torque.

          Luego, si el viento viene en un cierto ángulo (pequeño), hay cierto torque. Como el "culo" tiene más área que la "cara", el torque hace que la bala tienda a volver a la posición paralela. Como el ángulo es pequeño, el cambio necesario en el momento angular para "reorientar" la bala es pequeño, y se puede hacer. La gracia de este asunto es que el ángulo siempre es pequeño, el giro es gradual.
          La única alternativo a ser Físico era ser etéreo.
          @lwdFisica

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