ARTÍCULOS TÉCNICOS DE UNIVERSO SNIPER AIRSOFT

La física es tu amiga

(o el uso de la cinemática simple de dos dimensiones, en lacomprensión de la trayectoria de una bola al ser disparada)

Para seguir con nuestros simples artículos sobre física, conecuaciones de andar por casa simples y llanas, que todos podáis comprender,atacamos el interesante y fascinante mundo del vuelo de nuestras bolas, cuandosalen desde la boca del cañón de nuestras réplicas. La mayoría de la gente no tiene ningúnconcepto de cómo se mueven las cosas, o creen tenerlo. Esperemos que, este artículo aclarará las cosas un poco y ofreceráun entendimiento básico del movimiento de objetos por el espacio.

Si miramos atrás en la historia, Aristóteles pensaba que lascosas se movían a través del espacio debido a una propiedad inherente: elímpetu, que se define como un movimientofuerte, acelerado y violento o la energía y eficacia con que se desempeña algo. Históricamente, no fue hasta la Ilustración y el siglo XVII queno se descubrió la verdadera naturaleza del movimiento al ser concebida porGalileo y formulada por Isaac Newton. El concepto más básico es éste: las cosasse mueven por la fuerza - cada objeto en un estado de movimiento uniforme,permanece en aquel estado de movimiento a menos que le sea aplicada una fuerzaexterna (Ley 1). ¿Cuál es la fuerza? Esta es la segunda ley - esencialmentef=ma (fuerza = masa por aceleración). Esta es la ecuación más básica en física.La fuerza depende únicamente de la masa de un objeto, y cuánto acelera dichoobjeto. La aceleración es un cambio de velocidad - puede ser positivo (yendo más rápido) o negativo (yendo másdespacio). La velocidad en sí misma no tiene nada que ver con la fuerza.

Pongamos un ejemplo: digamosque vas en un coche y vamos a 100 km/h. No sientes nada, porque la velocidad esconstante. Pero digamos que nos chocamos con un muro. Significa que pasamos de100 km/h a 0 en, digamos en 0.1 segundos, lo que nos da una aceleración de 280 m/s2,en este caso deceleración. Digamos que pesas unos 75 kilos, con lo quetendremos que se te aplicaría una fuerza de 21000 Newtons, y eso es bastantefuerza, así qué, en resumen, la sentirías, mientras que si el coche va enmovimiento circulando, no lo haces.

 

Ahora que sabemos cosas ya sobre la fuerza, podemos hablar delmovimiento. La Cinemática trata sobre el estudio del movimiento. Podemos simplificarel camino que un BB toma no haciendo caso de la resistencia de aire (que es unverdadero dolor de cabeza el tenerlo en cuenta) haciéndolo en dos dimensiones –es decir, que no nos preocupamos por el movimiento lateral. Todo por lo que nosvamos a preocupar es del vuelo de la bola y del momento de su caída al suelo.Otro principio clave - en que en ésta vista simplificada bidimensional, las dosdimensiones de movimiento son independientes. ¿Qué significa esto?, significaque algo se caerá a la misma velocidad, sin importar a que velocidad viaja.Imaginemos que nos ponemos sobre un acantilado en el mar con un arma de verdad,y disparamos una bala sobre el agua, y abrimos fuego una segunda vez, en elmismo momento que la primera bala sale de la boca del cañón.  Dejando a un lado el tema de la curvatura dela Tierra, cualquier defecto que pudiera tener el arma, y la velocidadterminal, ambas balas caerán al océano al mismo tiempo. De este modo, mientrasla primera bala vuela a muy alta velocidad, ésta cae también al mismo ratio deaceleración que la segunda bala debido a la gravedad. Cerca de la Tierra, estaaceleración es de 9.81m/s2, lo que significa que cada Segundo vas9.81m/s más rápido.

Tomemos una variación de un típico ejemplo en un problema – estásen una colina y directamente enfrente de ti, colgado de un árbol yperfectamente nivelado contigo, hay otro jugador al que le quieres acertar deun disparo. Apuntas y disparas una bola desde tu réplica. Pero al mismo tiempo,él te ve, y dispara también a la vez que tú. El falla. Vamos a ignorar loshop-ups aquí.. Asumimos que las bolas tienen alcance suficiente para alcanzarsus blancos, fallarás o acertarás?

Bien, la respuesta es como en el caso anterior. Como las bola secae a la misma aceleración que la del otro jugador que te ha disparado, despuésde un segundo, ambas se caen a 9.81m/s. Después de dos segundos, ambas caen19.62m/s, etcétera. No importa a que velocidad vaya la bola porque antes seguroque cae al suelo.

Esteconcepto es importante, porque así podemos calcular que distancia efectivapodemos alcanzar para que una bola caiga al suelo. La cinemática está gobernadapor éstas ecuaciones básicas:




Comosiempre pasa, veo caras raras, y otras que conocen perfectamente lo anteriorpuesto. Con éstas ecuaciones puedes derivar e integrar perfectamente todos losparámetros de los que hemos hablado. Para hacer esto, solo necesitamos x = v0*t+ a*t2 (velocidad inicial por tiempo mas el producto de laaceleración por el tiempo al cuadrado). Aquí la x representa el desplazamiento(en movimiento lineal, al igual que la distancia), v0 es la velocidad inicial(que casi siempre suele ser cero), a es la aceleración, y t es el tiempo. Comonecesitamos figurarnos el tiempo que necesitará una bola para tocar el suelo,tenemos que liarnos con la ecuación para que t sea igual a algo. Lo primero detodo, cuando apretamos el gatillo y disparamos la bola, ésta va recta y sincaída. Así que le podemos asignar 0m/s como velocidad inicial (v0). Lo cualsignifica que el bloque completo de v0*t en la primera parte de la ecuación escero y no tenemos que preocuparnos por nada más. Así que nos quedamos con lasegunda parte de la ecuación que se ha quedado en que x = a*t2, loque despejando t al primer miembro, queda en que

t =raiz cuadrada de (x/a). X en este caso es al altura desde la que tiene que caerla bola (altura de la persona que la dispara). Pongamos 1.7 metros de estaturapara una persona normal. A es la aceleración debida a la gravedad terrestre,que como dije antes es de 9.81m/s2. Así que t = raíz cuadrada de(1.7/9.81) =  0.416 segundos.

Ahora simplemente tenemos quetomar la ecuación x=v0*t + a*t2 de nuevo y el empezar a sustituirdatos. En el lado izquierdo de la ecuación tenemos la velocidad inicial.Digamos que estamos disparando una réplica a upgradeada a 400 FPS. Eso sonaproximadamente 121m/s. En el lado derecho de la ecuación tenemos laaceleración a la que es sometida la bola cuando vuela a través del aire. No hayde momento fuerzas exteriores que actúen sobre la bola, tan simplemente laresistencia del aire que la desacelera. Es extremadamente complejo el demostrarlas variables de resistencia del aire y nos saldríamos del tema a tratar enéste artículo, así que lo dejaremos en blanco de momento, y asumiremos que labola tiene una velocidad constante. Eso significa que el lado derecho de laecuación es cero y que nos hemos quedado con esta parte de la ecuación: x = v0*t= 121*.4 = 48.4m., con lo que este es el alcance que tenemos.

Ahora, obviamente estos no soncálculos exactos – ya que excluimos la resistencia del aire y el efecto delhop-up, y asumimos como siempre digo, condiciones ideales. 48.4 metros es ladistancia que viajaría una bola de ser disparada a 1.7m de la tierra por unaréplica sin hop-up, y en un vacío absoluto. De este modo, esto no es realmenteuna mala predicción de alcance. Sin embargo, los cálculos que he descrito sonútiles en comparación con la variedad de réplicas diferentes, y cuando seaplica la la ecuación de energía cinética Ke = (1/2) mv2, con diferentes pesosde bolas.

Dandola masa (en kilogramos) y la velocidad en esa ecuación te da la energíacinética en la boca del cañón. Supongo que no me tengo que poner ahora aexplicar más conceptos de energía cinética y potencial - todo ello es necesarioporque con ellos, te puedes aproximar realmente a la velocidad que te puedendar varias bolas. Tomemos de nuevo la réplica de antes a 400 FPS. V es 121m/s,y el peso BB es 0.2 gramos, que son 0.0002 kilogramos. De este modo,

Ke =(1/2) (.0002)*(121) 2 = 1.4641J. ¿Recuerdas ahora mismo cuántasréplicas de airsoft tienen su potencia regulada en julios? Bien, ahora sabes loque realmente significa. Puedes invertir la ecuación haciendo que v = raízcuadrada ((2*Ke)/m)). De ésta manera, puedes sustituir la masa por un pesodiferente de bola (.00025kg por ejemplo) y tener el resultado de cuantavelocidad entregará la réplica con éste peso de bola. Entonces, volviendo a lacinemáticas y entenderás cuanto alcance sacrificas a favor de la estabilidad.

Artículo por: Sniper, UNIVERSO SNIPER AIRSOFT,