¿Por qué el disparo de una pistola acelera una bala hasta una velocidad mortal sin herir la mano del usuario del arma?

Question

El impulso se define por el producto de la masa y la velocidad. Ahora bien, un proyectil salido de una pistola tiene que tener una gran velocidad para penetrar en un cuerpo humano, ya que su masa no es significativa. Pero para alcanzar esta velocidad, debido a la inercia/la ley de conservación de la energía, el impulso en ambos lados debe ser igual. Como hay una fuerte aceleración negativa en la dirección opuesta a la bala, debería resultar en una fuerte fuerza en la dirección opuesta a la bala ( $F = m*a $ ).

Por eso me pregunto por qué disparar una bala con una pistola no es destrozar la mano.

Answer 1

En primer lugar, ¡algunas armas dan una buena patada! Por lo tanto, el efecto que está pensando es real.

Sin embargo, la conservación del momento significa que $m_\text{bullet} \cdot v_\text{bullet} = m_\text{gun} \cdot v_\text{gun}$ . Así que la velocidad de la bala es mayor que la del arma en una proporción de $\frac{m_\text{gun}}{m_\text{bullet}}$ . Entonces, la energía se distribuye en la misma proporción, porque si bien la energía escala como la velocidad al cuadrado, también escala con la masa. Por lo tanto, es útil que el arma sea pesada y/o que tenga un mecanismo de resorte para distribuir lentamente la patada en la mano y el cuerpo.

Answer 2

El arma de mano se sujeta con una gran superficie de la mano, y la palma y toda la mano son robustas; el resultado es que la mano, o la mano y el brazo, o la mano y la parte superior del cuerpo se desplazan bruscamente en su conjunto antes de que el movimiento sea amortiguado por el resto del cuerpo.

Se discuten algunos detalles del retroceso aquí . El retroceso de los rifles, que suelen ser más potentes, se colocan cerca del hombro y se manejan cerca de la cara, puede causar fácilmente una fractura de clavícula, un desgarro del manguito rotador, un ojo morado y/o un desprendimiento de retina.

Por lo tanto, el hecho de que se produzcan lesiones depende de la tensión inducida in vivo por la aceleración de la posición del corsé frente a la fuerza relativa de los órganos cercanos.

Answer 3

Por eso me pregunto por qué disparar una bala con una pistola no es destrozar la mano.

Porque la masa de la pistola es mayor que la masa de la bala, y porque la energía transferida del arma a la mano se distribuye por la superficie de la empuñadura de la pistola.

Una de las cosas más interesantes que escuché en un viaje a Williamsburg Virginia (que es el período de ~1776; Revolución Americana) fue la cuestión de cuánto pesaban los mosquetes. El personaje histórico contestó (no recuerdo el peso) y el preguntante dijo con voz sorprendida: "¡Eso es básicamente lo mismo que pesan las armas hoy en día!"

"Sí", respondió este personaje histórico, "porque la física no ha cambiado. Ellos podría hacer rifles más ligeros hoy en día, pero no lo hacen porque el retroceso sería peor".

Hay otras cosas que se ponen en las pistolas modernas para reducir el retroceso, como los muelles y la descarga, pero como lo has etiquetado como "física newtoniana" supongo que te interesan menos esas cosas.

Answer 4

Al sujetar el arma con firmeza y adoptar una postura de disparo adecuada, la dispones de manera que el impulso pase a todo tu cuerpo en su conjunto, o a una parte suficientemente grande del mismo. Tu cuerpo es mucho más pesado que la bala, por lo que la velocidad que adquiere el disparo es muy pequeña y fácilmente contrarrestada por los músculos y las articulaciones.

Si no se adopta una postura adecuada o no se sujeta bien el arma, es posible que no se consiga estabilizarla contra el retroceso, o que el impulso se transmita sólo a una pequeña parte del cuerpo, lo que podría provocar una lesión.

Answer 5

Vamos a concretar algunas cifras con una selección aleatoria de equipos compatibles con especificaciones disponibles públicamente.

Pistola https://us.glock.com/products/G19
Peso del arma con el cargador vacío 670 g | 23.63 oz
Longitud del cañón 102 mm | 4,02 pulgadas (un poco menos que la prueba de munición, por lo que el tiempo bajo aceleración es ligeramente menor)

Munición https://en.wikipedia.org/wiki/9%C3%9719mm_Parabellum
Masa de la bala 8,04 g (124 gr) Federal FMJ
Velocidad de la bala 350 m/s a una longitud de cañón de 118 mm (4,65"), 0,00067s Energía de la bala 364 ftlbf (494 J)

Podríamos plantear esto como un problema de conservación de la energía, y eso sería una aproximación razonable con una respuesta satisfactoria.
El tiempo de aceleración es muy corto (0,00067s). (todo lo que sea menos de 0,01s parece instantáneo)
El arma pesa mucho (83 veces) más que la bala.
Se acopla a un humano que pesa mucho más.(180lb = 10155 veces)
Se acopla sobre una gran superficie blanda que absorbe la energía (la mano).
El retroceso se transmite a través de varios tendones de absorción de energía relativamente masiva, músculos tensos, huesos, articulaciones flexionadas, grasa, fluidos, que redirigen el retroceso en innumerables vectores.

¿Dónde está el punto de impacto entre el arma y la bala? ¿Cómo es que la pistola imparte fuerza a la bala y la bala imparte una fuerza igual y opuesta a la pistola? Bueno, eso no ocurre realmente. No es una colisión.
Sólo el momento es similar a una colisión porque tanto el arma como la bala son acelerados en direcciones opuestas por los gases en expansión con la misma T0.
Pero, ¿la energía se imparte por igual? El centro de esos gases está siendo acelerado lejos del arma. La fricción del cañón contrarresta el retroceso. Es posible que se equivoque en parte de su premisa "el impulso en ambos lados debe ser igual".