都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

電影裡有句臺詞:“讓子彈飛一會兒”風靡一時。

子彈到底是怎麼飛的?這似乎是一個很傻的問題,因為學過高中物理的孩子都會脫口而出:“拋物線唄!”

子彈真的是按拋物線的軌跡飛行的嗎?它是怎麼飛的?子彈到底能飛多久?我們今天要就這些問題好好說道說道,因為它背後的答案會出乎你意料。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

飛行的子彈

什麼是拋物線?

熱愛體育運動的你對拋物線一定不陌生,籃球、排球在空中劃過的曲線是拋物線,鉛球的拋物線近乎完美。但足球、網球和乒乓球的運動路徑就不一定了,由於受馬格努斯效應的影響,它們會發生側向偏轉,也就是大家俗稱的“香蕉球”和“弧圈球”。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

鉛球的拋物線運動

受地心引力影響,我們扔出去的球總會落回到地面。球在空中飛行時會有兩個力(忽略空氣阻力時)作用於它:慣性力使其向前運動,而地球對物體的引力則會將它向下拉拽。球在運動中的速度我們可以將其分解為Vx和Vy。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

拋物線的分解

在初始速度V0和重力加速度的共同作用下,球沿著一條二維曲線前進,直到落回地面,這條曲線就是拋物線。在物理上,完美拋物線可以分解為一個水平方向的勻速運動與垂直方向自由落體運動,這兩個運動相互獨立,所以當我們知道球體的投擲速度與角度後就不難計算出它的射程。

子彈的飛行也是一樣簡單嗎?並非如此。

子彈的運動不是拋物線

無論我們在學習自由落體運動還是在講到拋物線運動的時候,都要反覆強調一個重要因素,那就是“忽略空氣阻力”。一方面是在非常短的運動距離內,空氣對球體運動的影響比較輕微,另一個原因就是簡化運算。然而只要你在地球上,特別是在分析子彈這種長距離運動物體時,就不能不考慮空氣阻力的存在。

子彈飛行受到空氣阻力的影響,它的軌跡被稱為彈道曲線。彈道曲線是一開始平緩、越到後來越陡峭的複雜曲線,我們再也不能套用拋物線的簡單公式去計算子彈複雜的飛行彈道了。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

彈道曲線與拋物線不一樣

為什麼會出現這種情況?這先要歸結於子彈的速度。

你將手伸入水中,幾乎不會感覺到阻力;當你的手在水中划動,就會感覺到水在阻止手掌的前進;手划動的速度越快,受到水的阻力也就越大。

我們知道空氣是流體,它與水有共同的特點,那就是有粘滯力和拖曳力,這就是空氣阻力。另外,空氣還可以被壓縮,在運動物體前方產生衝擊波,這在一定的速度下也會影響物體的運動。

空氣阻力的大小受多種因素影響,比如空氣的密度、溫溼度、運動物體表面的粗糙度、運動方向的投影面積、以及物體運動的速度等等。一般來說,物體在運動中受到的空氣阻力大小可以以下面的方程來表示:

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

空氣阻力方程

從這個方程我們可以看出,子彈在飛行中受到的阻力大小與它速度的平方成正比,子彈飛得越快,它受到的阻力會呈指數級放大。當然方程中其它元素也很重要,只是為了不讓文章過於冗長,我們不做重點介紹。

子彈是怎麼飛的?

手槍子彈飛行距離短,為了保證更有效地殺傷目標,它被製成各種古怪的外形,空氣阻力並不是主要考慮的因素,這一點我們已經在之前的文章中詳細介紹過。

步槍不同,作為一種遠距離殺傷武器,它的子彈需要最大限度地解決空氣阻力的不利影響,同時還要兼顧準確和最大程度的殺傷效果。因此步槍彈頭需要格外考慮空氣動力學,它們大多被設計成前端尖尖、後部扁平,剖面類似船的形狀。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

步槍子彈剖面圖

為了使子彈擁有更穩定的彈道,槍管裡被用工具拉出一道道螺紋,稱作“來復線”。這樣,當子彈頭被火藥推動著在槍膛裡前進時,來復線會同時讓它沿著軸線旋轉起來。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

來復線讓子彈旋轉起來

子彈通過來復線獲得了沿軸線旋轉的動能,它在空氣中是像陀螺一樣旋轉著向前飛行的。由於旋轉物體角動量守恆,子彈可以始終保持尖端向前飛行的狀態,它的橫截面面積最小,這比那些在空中翻跟斗的子彈受空氣阻力的影響會更小一些。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

子彈的陀螺運動

子彈到底飛多久?

電影裡的主角說:“讓子彈飛一會兒”。似乎子彈需要在空中飛挺久才能擊中目標,按照正常的語速,至少也得4、5秒吧。事實果真如此嗎?

我們來看看一枚7.62毫米北約標準子彈的飛行數據:它的槍口速度約792米/秒,擊中50碼(45.7米)距離目標用時0.058秒,擊中100碼(91.4米)目標耗時0.116秒,命中150碼(137.2米)距離目標用時0.174秒。人眨一下眼睛的時間大約是0.1~0.2秒左右。快不快?

步槍子彈在100米的射擊距離內,它的彈道非常低平,基本上是瞄哪打哪。但如果一名狙擊手想要狙殺一個2000米外的移動目標時,就必須要考慮用什麼子彈,並且好好計劃一下提前量了。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

狙擊手射擊時需要考慮提前量

好的射手需要一支好槍,更需要好的子彈。普通步槍子彈在100~300米射程內問題不大,但這些大批量製造的子彈比較粗糙,它們的彈道係數大約只有0.3~0.4,完全不能滿足超遠距離射擊的要求。狙擊手要求的彈道係數至少要在0.5~0.7,少數定製的超高精度狙擊彈的彈道係數甚至高於1.0。

Lapua Scenar GB528 19.44 g(300 gr)8.59 mm(0.338 in)極低阻力子彈的彈道係數0.785,它的膛口速度為830m/s。子彈飛行300米距離用時0.3918秒;到1200米距離用時2.0435秒;飛行2100米用時4.7522秒;到3000米時耗時8.29秒,此時它的速度已經下降到227m/s,高度比出膛時下降了241.73米。由此看來,姜文說話的當兒,那子彈至少應該飛到2公里之外了。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

超低阻力子彈在飛行時受到的阻力

子彈的飛行還受到風的影響,由於子彈是旋轉著前進的,側風不僅會使它左右偏轉,同時還會因為馬格努斯效應而產生向上或向下的彈道飄移。即便是靜止無風的情況下,飄移也會發生,就像我們打乒乓球時拉出一記弧圈球那樣。鑑於相關的分析更加複雜,在此一筆帶過,不再深入了。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

馬格努斯效應會使子彈發生偏轉

回顧:

關於子彈的飛行,我們用了大約2000字來進行了簡單的分析。

子彈在空氣中飛行,它的運動受空氣阻力影響,因此走的不是拋物線,而是更加複雜的彈道曲線。

為了最大限度地減少空氣阻力影響,超音速飛行的步槍子彈被設計成前端尖尖的形狀,同時我們還通過槍管裡的來復線讓子彈旋轉起來,以保證尖端向前飛行。即便如此,空氣阻力還是能將一顆設計完美的子彈從2馬赫速度拖慢到200米/秒,強弩之末時你甚至可以徒手抓住它。

狙擊手攻擊2公里外目標時需要有點兒耐心,因為子彈確實需要飛幾秒鐘,但在200米距離內它幾乎是瞬間到達,比眨眼都快。

都喜歡說“讓子彈飛一會兒”,它到底能飛多久?

狙擊手有時需要讓子彈飛一會兒

“讓子彈飛一會兒”?它比你吹的牛快多啦!


分享到:


相關文章: