Uitwendige ballistiek

Van Wikipedia

Uitwendige ballistiek, onderdeel van de ballistiek, houdt zich bezig met het gedrag van een kogel (of granaat, of ander projectiel) nadat hij de loop heeft verlaten, en voordat hij het doel raakt. Tijdens de vlucht zijn de belangrijkste krachten die op het projectiel inwerken krachten die verband houden met de zwaartekracht, en met de luchtweerstand.

Verder moet er rekening mee worden gehouden met het feit dat aarde draait. Een vuurwapen is aan het meedraaien met de aarde, en het doel is ook aan het meedraaien met de aarde, dus het lijkt alsof het doel niet beweegt. Vanaf het moment dat een projectiel de loop van een vuurwapen verlaat is het niet meer aan het meedraaien met de aarde, het projectiel beweegt dan in een rechte lijn, maar het doel beweegt niet in een rechte lijn. Om dat bewegende doel te raken moet er iets vóór het doel uit worden gemikt, zodat projectiel en doel gelijktijdig ergens arriveren.

Het systeem van lengtegraden en breedtegraden is een draaiend coördinatensysteem, en wanneer het rechtlijnige traject van het projectiel daarin wordt uitgezet lijkt dat traject gekromd te zijn. De manier om daaraan tegemoet te komen is door aan de bewegingsvergelijkingen termen voor een "centrifugaalkracht" en een "corioliskracht" toe te voegen. Met de juiste coriolisterm erbij is het voorspelde traject ten opichte van het roterende coördinatensysteem gekromd, precies corresponderend met de feitelijk rechtlijnige beweging.

De zwaartekracht geeft het projectiel een naar beneden gerichte versnelling, en de luchtweerstand geeft het projectiel een vertraging met een kracht die evenredig is met het kwadraat van de snelheid. Ook bij schieten met een klein kaliber wapen (bv. een geweer) over grotere afstanden moet met deze effecten terdege rekening worden gehouden. Vanwege de complexiteit van de berekeningen die gepaard gaan met pogingen deze effecten te voorspellen, wordt er intensief gebruikgemaakt van empirische metingen.

Gebruik van ballistische tabellen, schootstafels, ofwel van ballistische rekenmodellen, zijn de meest gebruikte methoden in de uitwendige ballistiek. Projectielen worden gekarakteriseerd door een ballistische coëfficiënt BC, waarin onder meer het effect van de projectielvorm is verdisconteerd. Tijdens de vlucht is de vertragende kracht of (Engels) drag D die een projectiel met massa m, diameter d (het kaliber van het projectiel) en snelheid v zal ondervinden een functie van BC, m, v² and d². Omdat verschillende projectielvormen op een verschillende wijze zullen reageren op veranderingen in snelheid (met name tussen subsonische en supersonische snelheden), zal een BC die wordt aangegeven door een fabrikant van kogels een gemiddelde BC zijn, die betrekking heeft op voor dat type kogel in de regel gebruikte snelheden. Voor geweerkogels zal dit waarschijnlijk een supersonische snelheid zijn, en voor pistoolkogels waarschijnlijk een subsonische snelheid. Voor groot kaliber projectielen wordt de BC niet gegeven als een constante maar als een functie BC(M) van het Machgetal M; hierbij is M gelijk aan de projectielsnelheid gedeeld door de geluidssnelheid.

In het algemeen zal een kogel met een punt een lagere BC-waarde hebben dan een kogel met een afgeronde voorkant, en een kogel met een afgeronde voorkant zal weer een lagere BC hebben dan een kogel met een platte voorkant.

Andere uitwendig ballistische invloeden zijn wind en luchtdichtheid. Zijwind heeft het te verwachten effect dat het projectiel een afwijking naar links of naar rechts ondervindt. Daarnaast kan ook rugwind of tegenwind effect hebben. Door tegenwind neemt de 'relatieve' snelheid van het projectiel toe (d.w.z. de snelheid ten opzichte van de omringende luchtmoleculen), en daardoor ook de optredende vertragende kracht D. Een rugwind heeft het tegenovergestelde effect. Afname van de luchtdruk (door weersomstandigheden en/of door het zich op grote hoogte bevinden) zorgt dat D afneemt, en een hogere luchtdruk zorgt dat D toeneemt. Luchtvochtigheid heeft ook een effect (tegengesteld aan wat men wellicht zou verwachten); omdat waterdamp een lagere dichtheid heeft dan droge lucht, zorgt een hogere luchtvochtigheid ervoor dat de luchtweerstand afneemt, en dus ook de vertragende kracht D. Het projectiel komt dus verder bij een hogere luchtvochtigheid.

De verticale hoek, elevatie, waaronder een projectiel wordt afgevoerd heeft uiteraard ook een grote invloed op de projectielbaan. Ballistische tabellen voor klein kaliber projectielen (afgevuurd vanaf pistolen of geweren) gaan uit van de aanname dat de zwaartekracht bij benadering loodrecht staat op de kogelbaan. Als er met het klein kaliber wapen 'schuin omhoog' of 'schuin naar beneden' wordt geschoten, zal de loodrechte component van de zwaartekracht geringer zijn. Het klein kaliber projectiel zal hierdoor (zowel bij 'schuin omhoog' als bij 'schuin omlaag' schieten) minder sterk naar "beneden" afwijken dan op grond van de tabel zou worden verwacht.

Zie ook inwendige ballistiek, dat zich bezig houdt met gedrag van het projectiel en de voortstuwende gassen voordat het projectiel de loop verlaat, en eindballistiek, dat zich bezig houdt met het gedrag van het projectiel bij de interactie met het doel.