The Airgun from Trigger to Muzzle - Tradução Parte III

The Airgun from Trigger to Muzzle - Tradução Parte III

Mensagempor Mandarim » 01/07/2014 - 22:10:44

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“It is a surprising thing that very often a subjet that appears on first sight to be so simple, often, on further study, turns out to be very complicated. This statement is exceptionally true when applied to the spring air weapon, as we found out when we first began to investigate the subject some five years ago.”

“É uma coisa surpreendente que muitas vezes um assunto que à primeira vista parece ser tão simples, às vezes, em um estudo mais aprofundado, acaba por ser muito complicado. Esta afirmação é excepcionalmente verdadeira quando aplicada às armas de ar de ação por mola, como descobrimos quando começamos a investigar pela primeira vez este assunto há cerca de cinco anos atrás.”

G. V. Cardew


Links para download do original em inglês

http://www.4shared.com/office/QkW-iwszba/The_Air_Gun_From_Trigger_To_Mu.html

http://www.mediafire.com/download/5mcemcyutrm/The+Air+Gun+From+Trigger+To+Muzzle_s.pdf

Nota: é importante destacar que este livro se concentra no estudo de um rifle de ar comprimido de ação por mola, típico dos anos 70 e com bucha de couro.

Nota do tradutor: alguns termos e frases empregadas no livro foram traduzidos, sempre buscando preservar o trabalho original, o que pode gerar dúvidas ao leitor quanto a tradução correta. Neste caso, peço que compare o parágrafo original no idioma inglês e se puder me envie por MP, uma redação segundo o seu entendimento da tradução do parágrafo e não o seu entendimento técnico sobre o assunto. ***


Sumário

Parte I -> viewtopic.php?f=4&t=16124&p=172049#p172049

Capítulo 1 - Introdução e Sequenciamento

Capítulo 2 - A Mola Helicoidal

Capítulo 3 - O Pistão (Êmbolo)

Capítulo 4 - O Ar


Parte II -> viewtopic.php?f=4&t=16203

Capítulo 5 - A Porta de Transferência (“Transfer Port”)

Capítulo 6 - O cano

Capítulo 7 - O Recuo

Capítulo 8 - O Lubrificante

Parte III

Capítulo 9 - Eficiência

Capítulo 10 - Cronógrafos



Capítulo 9 – Eficiência

A eficiência mecânica de toda a máquina é a razão entre o trabalho útil obtido, em comparação com o trabalho introduzido, a saber, e o trabalho gasto para o funcionamento da máquina. Esta proporção é normalmente expressa como uma percentagem, da seguinte forma:

(Trabalho produzido / Trabalho empregado) x 100 = Eficiência (%)

Neste livro temos considerado o trabalho empregado em um rifle de ar, como sendo a quantidade de energia que está contida na mola depois a arma foi engatilhada, e não a energia que é necessária para comprimir a mola na posição engatilhada. Esta energia é maior do que a da mola, uma vez que existe sempre uma perda por atrito no eixo e nas superfícies que estão em contato entre si. Não fizemos um estudo das perdas no sistema de ligação mecânica, tais como alavancas e travas, uma vez que os vários fabricantes empregam mecanismos ligeiramente diferentes entre si, e, por conseguinte, a eficiência mecânica varia de acordo com o modelo.

O trabalho produzido é igual à quantidade de energia contida pelo projétil quando sai pela boca do cano (energia cinética). Isso é chamado de "energia na boca do cano", e assim como a energia da mola é medido em ft.lbf (pés.libra-força) no sistema internacional, é medida em N.m (Newton.metros – conhecida também como Joule)

A partir dos resultados numéricos obtidos nos capítulos anteriores, podemos agora verificar a eficiência da nossa arma de teste.

Energia armazenada na mola. (Figura 2.1) = 20,4 ft.lbf.
Velocidade na boca do cano, utilizando-se projétil de 14,5 grains = 430 fps
Em seguida, a partir da Figura 1.1, a energia na boca do cano = 5,95 ft.lbf.

Assim, temos para a Eficiência (5,95 / 20,4) x 100 = 29%

Este valor impressiona pois aparenta ser extremamente baixo, mas todas as armas testadas produziram aproximadamente o mesmo rendimento, entre 25% e 35%. A variação depende principalmente das dimensões físicas da arma.

Vamos agora examinar em detalhe, uma de cada vez, todas as áreas de perda de energia já mencionado ao longo do livro, e também uma ou duas outras rotas de fuga de energia. A soma de todas estas perdas é que reduze o rendimento global para um valor baixo de 30%. A Figura 9.1 mostra um gráfico esquemático que converte a energia potencial contida na mola comprimida quando engatilhada para a energia cinética do projétil na boca do cano. Este diagrama de aparência um pouco complexa é, talvez, o gráfico mais importante em todo o livro, uma vez que a partir dele pode ser determinada a distribuição de energia do sistema, em qualquer instante durante o período de tempo a partir do gatilho sendo puxado, até que o pistão finalmente venha a repousar no final do cilindro.

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Figura 9.1 Gráfico da distribuição de energia

Cada curva está identificada por uma seta, para mostrar o elemento particular da arma que ele representa, a curva preta grossa que corre ao longo da parte superior, representa a quantidade total de energia útil contida no sistema a qualquer instante. O eixo vertical mostra a energia em ft.lbf, cuja escala está marcada no lado esquerdo, por conveniência, e no lado direito a escala da eficiência em percentual. O eixo horizontal representa o tempo em milissegundos (milésimos de segundo) a partir do instante em que o êmbolo começa a se deslocar.

A mola

A mola principal é sem dúvida o componente mais eficiente de arma de ar, uma vez que retorna praticamente toda a energia armazenada durante a fase de armamento.

A partir do momento em que o gatilho é puxado, a mola transfere ao pistão, o montante total de energia que estava armazenada, e consegue fazer isso de modo muito uniforme, assim, a sua queda de energia é representada por uma linha quase reta que começa a partir do topo do gráfico, no ponto em que a mola contém 20,4 ft.lbf, até o ponto mais baixo, em que já não contém qualquer energia , neste momento o pistão comprime o ar em sua pressão máxima.

No entanto, quando o êmbolo “quica”, a mola é comprimida de novo, pelo ar que se expande, e esta quantidade de energia é desperdiçada. Os problemas associados com a tentativa de evitar esta perda de energia já foram descritas no Capítulo 3 – O Pistão.

As pequenas perdas de energia, que ocorrem na mola são as perdas por atrito, uma vez que a mola entra em atrito com os lados do êmbolo e as suas bobinas de girar ligeiramente sobre a expansão. No entanto, numa arma bem oleado estas perdas são insignificantes.

As pequenas perdas de energia que ocorrem na mola estão associadas com o atrito, uma vez que a mola entra em atrito com as laterais do pistão e também seus elos se destorcem quando ela se expande. No entanto, em uma arma bem lubrificada essas perdas são insignificantes.

O pistão

No capítulo sobre os pistões se aludiu ao fato de que, a fim de produzir uma vedação sem fugas entre o pistão e a parede do cilindro, um pistão deve produzir um certo atrito com a parede do cilindro. Este atrito é, portanto, uma perda de energia, que é a principal causa da queda da energia total durante os primeiros 7 milissegundos do avanço para a frente do pistão, durante este tempo cerca de 3 ft.lbf de energia é perdida. A parte desta perda por atrito pode , naturalmente, ser minimizada através do uso de um bom lubrificante.

Voltando à linha que representa a energia contida no êmbolo, pode ser visto que a mola transfere a sua energia para o pistão, a uma taxa uniforme, durante os primeiros 6 milissegundos do seu curso. Olhando-se na curva do ar abaixo, nota-se claramente que a transferência dessa energia para o ar é a uma taxa uniforme. Mas uma vez que você passar a referência gráfica de 6 milissegundos, vê-se que o pistão desacelera rapidamente. A rápida desaceleração do pistão é causada pelo aumento igualmente rápida da pressão do ar em frente do mesmo. Este tipo de compressão é chamado adiabático e já foi mencionado anteriormente no Capítulo 4 – O Ar. Nesse capítulo foi mencionado que uma compressão adiabática ocorre sem perda de calor.

Agora todos nós entendemos que se um gás é aquecido. ele expande-se, e que, se ele é aquecido dentro de um recipiente fechado, a sua pressão irá subir uma vez que já não se pode expandir pois o recipiente impede a expansão. No nosso caso, estamos em uma situação em que ocorrem as duas coisas de uma só vez, primeiro, elevamos a pressão do ar por meio de uma compressão, e em segundo lugar, estamos elevando ainda mais a pressão do ar através do aquecimento causado por esta mesma compressão. Assim, ambos estes fatores somados, fazem o êmbolo desacelerar rapidamente, resultando na queda acentuada da sua curva no gráfico. Ao mesmo o, o ar no cilindro foi submetido a um aumento exponencial de energia, indicado pela subida acentuada da curva correspondente ao Ar no gráfico.

O ar

O balanço de energia em uma arma de ar é, sem dúvida, um assunto extremamente difícil e complexo para estudar, é preciso antes de tudo ter um conhecimento da teoria básica de gases: o ar é considerado como sendo composto por milhões de pequenas moléculas, todas se movendo de forma aleatória e colidindo umas com as outras dentro do espaço que o contém, no nosso caso, o cilindro. Quando o ar é comprimido, o mesmo número de moléculas é comprimido num espaço menor, o que aumenta o número de colisões entre as moléculas, bem como o ´número de colisões entre as moléculas e as paredes do cilindro. Quando o ar é comprimido pelo pistão, o trabalho é exercido nas suas moléculas, o que aumentam as suas velocidades, e, por conseguinte, a a sua energia cinética em massa é aumentada, esta adição de energia aparece sob a forma de um aumento da temperatura.

Como já foi dito, a compressão é adiabática e sem perda de energia térmica, por isso aumento da temperatura do ar, durante o curso de compressão torna-se novamente disponível para fazer o trabalho, durante a expansão do ar que impulsiona o projétil. No entanto, devido a certos fenômenos moleculares há atrações entre as moléculas que necessitam de energia para superá-los e, portanto, certa quantidade de energia é perdida em romper essas forças de atração. Esta perda de energia é dada ao fato de que o ar não é um “gás ideal", um gás teoricamente "ideal" não tem perdas de energia interna. Infelizmente, na natureza, não existe tal gás.

Cada gás individual é feito de moléculas diferentes, cada um com suas próprias características "não-ideal", de modo que experimentou com gases alternativos para ver se poderíamos encontrar um mais eficiente que o ar.

Nós sugamos uma carga de gás no interior do cilindro durante o carregamento da arma, garantindo assim um cilindro completamente cheio com o gás à pressão atmosférica, durante cada tiro. As curvas obtidas a partir do osciloscópio, dos transientes de pressão desses gases são mostradas nas Figuras 9.2 a 9.7. Estas curvas devem ser comparadas com a curva do na Figura 4.1. Uma vez que o curso do êmbolo é aproximadamente proporcional ao tempo e que a sua velocidade permaneceu a mesma ao longo da experiência, pode-se assumir que a área sob a curva representa a energia recebida pelo gás. O gás mais eficaz é, portanto, aquele com a maior área abaixo da linha. Nota-se que este gás é o nitrogênio, e isto é confirmado pelo fato de que a velocidade do projétil disparado por este gás é mais elevada (ver tabela abaixo).

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Os números na parte inferior de cada coluna representam a velocidade média calculada em pés por segundo, para cada coluna específica.

Pode ser visto a partir desta tabela ar e o nitrogênio são mais eficientes para o uso em armas de ar de desenho convencional. Claro que é uma sorte, portanto, que o ar é o gás recomendado pelos fabricantes de espingarda de ar! Além disso, o ar é composto por 2/3 de nitrogênio.

Note-se também que o Freon 22 e Butano, produziram transientes de pressão muito estranhos, provavelmente, devido às suas propriedades físicas únicas, tais como viscosidade e calor específico, os quais influenciam a quantidade de energia armazenada durante a compressão.

Costuma-se dizer que um rifle de ar tem um desempenho melhor em um dia frio, clima quente reduz a sua eficiência. Enquanto estávamos experimentando vários gases, decidimos que o momento era propício para investigar cuidadosamente o efeito da temperatura sobre o desempenho de uma arma de ar. Primeiramente, envolvemos todo o cilindro com uma resistência elétrica e este foi aquecido mantendo-se a temperatura através da observação de um termómetro fixado ao cilindro. Antes de cada tiro foi, aram foi deixada em posição armada, o tempo suficiente para que o ar no interior do cilindro atingisse a mesma temperatura que o resto da arma. Ficamos surpresos ao descobrir que a velocidade não se alterou dentro da faixa normal de temperatura esperada em um dia de verão, mas acima desta temperatura, o efeito diesel (“diesilling”) persistente tornou impossível determinar se velocidade obtida era a verdadeira velocidade ou se era devido ao efeito diesel. A estas temperaturas, no entanto, a arma estava quente demais para segurar, por isso, esta questão é apenas de interesse acadêmico.

A nossa experiência seguinte consistiu de esfriamento do cilindro por injeção de líquido de arrefecimento numa camisa que envolveu o cilindro. Novamente, aguardamos tempo suficiente para o ar para assumir a mesma baixa temperatura que o resto da arma. As velocidades resultantes foram muito semelhantes às obtidas com a arma à temperatura normal, então chegamos à conclusão de que a temperatura, dentro de margens razoáveis de varição, tem pouco ou nenhum efeito sobre a balística interna de armas de ar.

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Figura 9.2 Transiente do CO2

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Figura 9.3 Transiente do Argônio

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Figura 9.4 Transiente do Butano

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Figura 9.5 Transiente do Freon 22

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Figura 9.6 Transiente do Nitrogênio

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Figura 9.7 Transiente do Gás Encanado

A porta de transferência

Esta passagem estreita entre o cilindro e o projétil alojado na culatra, pode produzir perda de eficiência, porque, se não for adequadamente moldado que vai provocar a turbulência do ar que passa através dela, também, ser necessariamente pequena em diâmetro, que restringe o fluxo de ar. No entanto, a principal perda é devido às ondas de choque que são criadas na porta de transferência. A Figura 9.8 mostra o formato de uma onda de choque saindo da boca do cano. A determinação da quantidade real de energia perdida na porta de transferência, devida às ondas de choque, ultrapassa o nosso conhecimento e capacidade, mas são certamente um dos principais contribuintes para a queda violenta da curva da Energia Total que ocorre entre 7,2 e 9 milésimos de segundo no gráfico de energia, Figura 9.1.

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Figura 9.8 Formato de uma onda de choque

O cano

Existe apenas uma perda significativa de eficiência que ocorre no cano que é devido ao formato da culatra, como mencionado no Capítulo 6 – O Cano. O formato deve ser tal que o projétil receba em sua saia, a aceleração máxima da pressão. Existem outras causas de perdas, como o atrito no cano e a energia necessária para girar o projétil pelas raias, mas que resultam em valores tão pequenos que podem ser ignorados.

A eficiência da arma de ar pode, contudo, ser um pouco aumentada usando um projétil de maior diâmetro:

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Todas as leituras acima foram obtidas com uma entrada de energia de 18 ft.lbf.

Este ganho na eficiência pode ser confirmado através da aplicação das seguintes equações:

FORÇA = PRESSÃO x ÁREA, vamos multiplicar ambos os membros pela DISTÂNCIA.

FORÇA x DISTÂNCIA = PRESSÃO x ÁREA x DISTÂNCIA

Sabemos que o produto (Força x Distância) é a unidade de energia, então:

ENERGIA = PRESSÃO x ÁREA x DISTÂNCIA

Esta fórmula simples mostra que, a partir de considerações de ordem puramente mecânicas, o focinho de energia é um diretamente proporcional à pressão média no interior do cano, a área da saia do projétil e do comprimento do cano.

Uma análise mais aprofundada mostra que, se a pressão no cilindro permanece constante, desde que a potência da mola não seja alterada, a pressão média do cano diminui à medida que aumenta o seu comprimento. Esta situação é ainda agravada pelo reduzido diâmetro da porta de transferência e é a principal razão pela qual o projétil deixa de acelerar depois de cobrir as primeiras 6 polegadas (152,4 mm) ou mais de cano (ver Figura 6 1.).

Assim, podemos dizer que a pressão é "sobre" é inversamente proporcional à distância da bola a partir da boca do cano.

Podemos, portanto, dizer que a pressão é "aproximadamente" inversamente proporcional à distância do projétil a partir da boca do cano.

Desta forma:

PRESSÃO α (1 / DISTÂNCIA) aproximadamente

ou:

PRESSURE x DISTÂNCIA = ‘CONSTANTE’

Assim, a partir da fórmula acima, substituindo-se PRESSÃO X DISTÂNCIA

ENERGIA α ÁREA

Isto quer dizer que, dada uma determinada entrada de energia, a energia na boca da arma de ar é função somente do calibre e é em grande parte independente do peso do projétil.

O total

Então, resumindo, temos cinco funções na operação de nossa arma de ar que contribuem para a sua ineficiência, tornando a perda total de energia algo em torno de 71% da energia de entrada. Um rápido olhar sobre Figura 9.1 nos diz que não podemos culpar apenas um fator, já que ocorre um intercâmbio tão complexo de energia que a eficiência efetiva de cada função varia de milissegundos a milissegundo.

No entanto, algumas conclusões gerais podem ser tiradas:

A transferência de energia proveniente da mola, através do êmbolo para o ar é muito eficiente: cerca de 76%.

A transferência de energia do ar, através da porta de transferência, a bola, no entanto, não é tão boa: cerca de 37% dos 76% acima mencionados, o que significa que 29% do total da energia contida na mola, como já foi dito .

Podemos agora resumir as perdas de energia em cada uma das funções, muito aproximadamente, considerando-se a energia residual, (e, portanto, "perdida") no instante em que o projétil sai do cano.

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Capítulo 10 - Cronógrafos

O cronógrafo balístico representa o que o velocímetro está para o campo automotivo. Sem ele você não pode comparar diferentes máquinas ou avaliar os resultados dos experimentos.

Ao longo dos anos tem havido muitas tentativas para conceber um meio simples de comparação de velocidade para armas de ar. Cada sistema consistia em medir a profundidade de penetração de um projétil em uma substância, tal como massa de vidraceiro, (Nota do tradutor: sabão ype) ou de folhas de papelão. Infelizmente, cada um destes métodos produz resultados que não depende apenas da velocidade, devido a penetração ser fortemente influenciada pelo formato da parte da frente (cabeça) do projétil. Por exemplo, uma cabeça diabolo redonda (roundnose) vai penetrar mais do que um projétil com cabeça chata ("wadcutter"), todos as outras característica tal como o peso e calibre, sejam idênticas. Nosso sistema preferido para comparação de penetração é atirar em listas telefônicas antigas. mas os resultados são na melhor das hipóteses, sem dúvida interessante, mas de pouco valor prático

Provavelmente a primeira pessoa a conceber um dispositivo científico para a medição de velocidade de um projétil, foi Benjamin Robins, que em 1742, patenteou O Pêndulo Balístico. Com este instrumento, ele pôde, pela primeira vez, medir com precisão a velocidade de projéteis experimentais. Este instrumento, como você pode imaginar, lançou as bases para o estudo científico da balística e foi a única solução prática para o problema de medir a velocidade de uma bala durante cerca de 100 anos. Ao longo deste período, muito trabalho foi feito na tentativa de elaborar um instrumento elétrico que seria mais preciso e mais fácil de usar do que o pêndulo.

Durante a década de 1890, foi desenvolvido um sistema que ficou conhecido como Cronógrafo de Le Boulenge, que usava duas telas ou grades de arame que a bala rompia durante a sua trajetória. A ruptura da primeira tela liberava um peso de formato longilíneo, o qual caia sob ação de gravidade; quando a bala atravessava a segunda tela, uma faca de mola produzia uma marca na parte lateral do peso, a uma distância proporcional ao tempo decorrido durante a sua queda. Com esta informação, e conhecendo-se a distância entre as duas telas, foi possível calcular a velocidade da bala durante o seu vôo, entre as duas telas.

Idéia brilhante, mesmo que os primeiros instrumentos fabricados, todos eles sofressem com os mesmos problemas, devido ao atraso no tempo de resposta na mecânica das partes móveis. Todos os tipos de idéias engenhosas foram incorporados para anular seus efeitos, mas deve-se presumir que estes só adicionaram mais incertezas no sistema final. Com o advento da válvula de rádio e a ciência da eletrônica, o cronógrafo tornou-se um instrumento preciso, e com a invenção do transistor foi possível dispor de portabilidade, bem como de precisão.

O problema principal de qualquer cronógrafo eletrônico pode ser solucionado ao estabelecer a posição do projétil em seu vôo (trajetória) em relação a um ponto fixo ou, mais corretamente, dois pontos fixos, aqueles em cada extremidade da distância da trajetória a ser considerada. Nos primeiros tipos eletrônicos, a posição da bala era registrada, através do rompimento de um fio de um circuito elétrico. Infelizmente, este sistema não é inteiramente apropriado para espingardas de ar, pois a energia absorvida na ruptura do fio pode retardar a bala de uma maneira inaceitável. Além disso, é um desperdício econômico ter que substituir as telas depois de cada tiro.

O sistema que é utilizado em instalações militares baseia-se na interferência, que cria a passagem do projétil com respeito à luz emitida por uma célula fotoeléctrica. A fonte de luz pode ser luz solar, quando se trabalha fora ou produzidos por lâmpadas fluorescentes quando operando em ambientes fechados. Toda a unidade é chamada de "tela Sky". Infelizmente, o custo de tal equipamento é proibitivo, a trabalhar no campo das armas de ar comprimido.

O sistema que é utilizado em instalações militares baseia-se na interferência criada pela passagem do projétil (sombra) com a luz que incide sobre uma fotocélula. A fonte de luz pode ser solar, quando se trabalha a céu aberto ou lâmpadas fluorescentes quando em ambientes fechados. Toda a unidade que é chamada de "Tela Sky". Infelizmente, o custo de tal equipamento é proibitivo para aplicação no campo arma de ar. (Nota do tradutor: na década de 70, esta tecnologia tinha custo elevado, atualmente temos acesso a vários modelos de cronógrafos que utilizam esta tecnologia, por exemplo o nosso conhecido CHRONY).

Nós contornamos este problema através da utilização de microfones. Depois de fazer uma pequena investigação, descobrimos que o projétil sai do cano da arma, acompanhado por uma onda de som muito enérgica.

Captamos essa onda com um microfone colocado perto da boca do cano, o pulso elétrico resultante iniciou o cronógrafo. Da mesma maneira, quando o projétil chegou à outra extremidade da sua distância de medição, outro microfone registrou o ruído produzido pelo projétil, quando atinge um para balas.

A Figura 10.1 mostra o nosso cronógrafo com dois microfones e os carretéis de cabo elétrico. Este instrumento pode ser usado tanto na energia elétrica residencial ou alimentado através de bateria interna recarregável. O coração do sistema é um cristal gerador de pulso controlado, que produz exatamente cem mil pulsos por segundo. Estes impulsos são enviados através de um interruptor eletrônico, que é comutado (ligado / desligado) pelos dois microfones e, dali, para um contador de impulsos dotado de um painel de exibição (display). O display desta unidade, é similar ao de uma calculadora de mesa de escritório, é muito fácil de ler, mesmo quando operando em campo de tiro ao ar livre com luz natural.


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Figura 10.1 Cronógrafo

A sequência completa de acontecimentos que ocorrem durante a detecção de uma velocidade de leitura, é como se segue: o primeiro microfone grava o som da bala à medida que sai da boca da arma e muda impulsos de disparo do oscilador interno e o contador. Assim que a bala atinge a outra extremidade do seu voo, o som gravado a partir do segundo microfone interrompe o contador de impulsos. Depois de ter feito tudo isso, você pode ler o número de pulsos na tela ea velocidade da bola é calculada pela seguinte fórmula:

A seqüência completa de eventos que ocorrem quando se mensura uma velocidade, é a seguinte: o primeiro microfone capta o som da bala no momento que sai da boca do cano e comuta o interruptor eletrônico, disparando o contador de impulsos do oscilador. Assim que a bala atinge o para balas na outra extremidade da trajetória, o segundo microfone capta o som e interrompe o contador de impulsos. O número de impulsos pode ser lido no display e a velocidade do projétil calculada a partir da seguinte fórmula:

V = (S . n) / C

Onde:

V = velocidade em pés por segundo (fps)
S = distância entre os microfones em pés (ft)
n = número de pulsações por segundo emitidos a partir do cristal.
C = Número de pulsos lidos pelo contador

Embora possa parecer incrível, uma vez que o primeiro microfone registrou a passagem da bola, todo estado de comutação subseqüente e sua contagem, ocorrem a uma velocidade próxima à da luz, ou seja, 186.411 milhas por segundo (300.000 km / s ). Quase instantânea, quando comparado com a velocidade média de um diabolo que é cerca de 600 metros por segundo.

Embora possa parecer incrível, uma vez que o primeiro microfone registra a passagem do projétil, toda a comutação e neutralização subsequente é realizada a aproximadamente à velocidade da luz, ou seja, 186,411 milhas por segundo (300.000 km/s). Quase instantânea, quando comparado com a velocidade média de um projétil que é cerca de 600 fps (182,88 m/s).

A grande vantagem de cronógrafos modernos é que eles podem registrar a posição do projétil, sem qualquer interferência com sua velocidade. Ao mesmo tempo, eles podem medir o intervalo de tempo para uma pequena fração de segundo. No nosso caso, isso equivale a cem milésimos de segundo, mas não seria mais difícil de medir a um milionésimo de segundo. Também não há necessidade de substituir qualquer tela depois de cada tiro, a única coisa que tem que ser feito antes do próximo tiro ser disparado é lembrar-se de pressionar o botão de reset para uma redefinição de comutação eletrônica e que o valor anterior seja cancelado (“zerar” o display).

Um cronógrafo mecânico muito interessante foi desenvolvido pelo Sr. R.
Jeffery of Cornwall. Uma foto deste instrumento é mostrada na Figura 10.2. Dois discos de papel são espaçados exatamente de um pé (30,48cm) entre si, e são girados em alta velocidade por um motor elétrico. O tiro é disparado paralelamente ao eixo de rotação de modo que cada disco é perfurado por sua vez, pelo mesmo projétil. Uma vez que os discos estão a rodar, haverá um deslocamento angular entre os dois furos causados pelo tiro, este deslocamento é medido e a velocidade calculada, sabendo a velocidade do motor. Neste caso, verificou-se que a velocidade de 1200 rpm (rotações por minuto) produz deslocamento angular entre os furos, suficiente para fazer uma leitura mais precisa possível.

Obviamente, é importante verificar se a velocidade do motor se mantém constante porque o instrumento depende desta condição para a sua precisão. Tem sido sugerido que o projétil possa ser desviado pela rotação do primeiro disco e, por conseguinte, dar uma falsa leitura na medida em que perfura o segundo disco. Experimentos realizados para verificar este ponto, no entanto, demonstraram que o efeito produz um erro negligenciável em percentagem da leitura final. Este instrumento demonstra claramente o que pode ser feito por um experimentador genial com muita perseverança e sem gastar uma grande soma de dinheiro.

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Figura 10.2 Cronógrafo mecânico de R. Jeffery Cornish


Voltando a instrumentos eletrônicos, outro sistema foi desenvolvido pelo Sr. A. Terman de Edimburgo. Este é um pouco mais complexo do que aqueles que foram descritos até agora, uma vez que baseia no princípio de que, a carga elétrica de capacitores através de uma resistência de valor conhecido, depende do tempo, desde que a tensão de alimentação continua a ser constante. O material completo é mostrado na Figura 10.3. 10,3,

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Figura 10.3 Cronógrafo eletrônico de A. Terman Edimburgo

A bala é disparada ao longo da barra, primeiro quebrando um pequeno pedaço de papel alumínio, presa por garras “jacaré”, em seguida, na outra extremidade ele atinge um pedaço de aço prensado entre dois ímãs. A folha e os ímãs estão a exatamente um pé (30,48cm) de distância e determinam a distância a que a leitura é tomada. Eletricamente falando, a sequência de eventos é a seguinte: logo que a tira de alumínio é quebrada, um condensador começa a ser carregado eletricamente, em seguida, como o pedaço de aço é removido pelo impacto do projétil, a carga é interrompida.

Neste ponto, a tensão acumulada pelo capacitor é lida por um voltímetro. A partir de um gráfico calculado anteriormente é possível determinar exatamente quanto tempo durou o processo de carregamento, e a partir deste obtemos a velocidade do projétil, uma vez que o período de carga é exatamente igual ao tempo de vôo do projétil entre a tira de alumínio e a placa de aço. Na prática, não é tão simples e requer uma eletrônica bastante sofisticada para assegurar que a tensão de alimentação mantenha-se constante, e que o instrumento de medida não induza qualquer consumo de energia elétrica no capacitor, quando se mede a sua tensão. Mais uma vez, pode-se argumentar que o projétil sofre uma desaceleração quando ele quebra o papel alumínio, e ainda há um pequeno atraso quando o pedaço de aço removido impede o contato e a carga é interrompida, mas os testes mostraram que o efeito de retardamento devido a esses obstáculos é insignificante.

O pêndulo de "Robins" é o que dá o go-estudar o vôo de projéteis. Foi uma ferramenta baseada em um apartamento pêndulo contra o qual a bala foi disparada. À medida que o pêndulo balançou sob a força do impacto, arrastando com ele uma fita; a quantidade de fita que tinha sido puxado para trás em relação a um ponto fixo que indica o deslocamento do pêndulo, uma vez que medida foi usada para calcular a velocidade do projétil.

Agora, voltando ao que mais simples e muito mais barato de todos os instrumentos de medição de velocidade, o pêndulo balístico. O pêndulo de "Robins" definiu o caminho para o estudo do vôo de balas. É um instrumento fortemente construído, que carregava um prumo composto por uma placa plana oscilante (pêndulo), contra o qual uma bala é disparada. À medida que o pêndulo oscila sob a força de impacto, é arrastada uma fita com ele, a quantidade de fita que foi puxada para além de um ponto fixo indica o quão longe o pêndulo deslocou e a partir deste deslocamento, a velocidade da bala pode ser calculada.

Pode-se imaginar a cena de uma bala de mosquete atingindo a placa plana, fragmentos de chumbo derretido voando por toda parte, e ocasionalmente, cortando a fita utilizada para medição. O próprio fato de que a bala pode estilhaçar e os fragmentos voarem em várias direções, indica que nem toda a energia está sendo absorvida pelo pêndulo, e, portanto, pode resultar em uma leitura inferior ao valor real da energia correspondente ao disparo.

Em nossas primeiras experiências com um pêndulo redimensionado para armas de ar, logo percebemos que uma grande quantidade de energia estava sendo perdida em estilhaços de chumbo voando sobre a face plana do pêndulo enquanto o projétil se desintegrava. Claramente outro formato tinha de ser desenvolvido para capturar o projétil em sua totalidade de modo a absorver o máximo de energia cinética possível, e sem ser difícil de acertar com o tiro. Depois de um ou dois projetos mal sucedidos, finalmente, tivemos a idéia de que forma de funil poderia ser a solução, não só para o problema da energia, mas também para um outro obstáculo inerente aos pêndulos balísticos; se o prumo do pêndulo tem uma face plana, em seguida, um tiro que atinge acima do centro dará uma leitura baixa e um que acerte abaixo produzirá uma leitura alta. Esse desvio, em relação a verdadeira velocidade, causada por tiros altos ou baixos em uma plana foi grande o suficiente para tornar o instrumento inaceitável como uma ferramenta para investigações sérias que exigem precisão.

A nova forma de funil guia o projétil para dentro de um pequeno coletor onde se pode
transferir o máximo de energia possível ao pêndulo. Ao mesmo tempo, o projétil é impedido de estilhaçar e dissipar a energia em fragmentos que voam. Uma vez que o funil tem laterais cônicas, qualquer tiro alto ou baixo é automaticamente guiado para o centro e o erro é corrigido. Nós ficamos tão satisfeitos com a precisão obtida pelo novo design do pêndulo, que tivemos o cuidado de registrar o projeto Escritório de Patentes.

Na Figura 10.4 temos um prumo coletor em funil, seccionado de modo que a forma pode ser vista juntamente com o pêndulo real no lado esquerdo.

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Figura 10.4 Pêndulo balístico com prumo coletor afunilado

A calibração de um pêndulo balístico é baseada em uma dada massa do projétil, se a massa é alterada, então a escala de velocidade deve também ser ajustada, de acordo com o novo peso ou, alternativamente, a massa do pêndulo pode ser alterada, desde que o centro de gravidade permaneça no mesmo lugar. Isto não é tão fácil como parece, uma vez que o peso do prumo é um fator muito importante na precisão de todo o instrumento. Quando adotamos o pêndulo balístico de armas de ar, que iria atender tanto calibre 0,177 quanto 0,22 , mas em média projéteis 0,22 tem o dobro do peso de um 0,177 e este variação produziu muitos problemas ao tentar modificar o peso do prumo. No final, fomos forçados a produzir escalas e prumos específicos para cada calibre, a fim de obter um intervalo representativo na escala de velocidade.

A fita utilizada no instrumento original de Robins foi substituída em nosso modelo por um ponteiro que é deslocado pela oscilação máxima do prumo em seu movimento para trás, sobre uma escala e então ele fica retido nessa posição, devido a um pequeno atrito ajustado na sua montagem. Embora essa quantidade de atrito seja muito pequena, sempre recomendamos que o usuário ajuste o ponteiro cerca de 100 fps (30,48 m/s) abaixo da leitura esperada, o que garante que o efeito do atrito seja minimizado. Afinal de contas, o objetivo é obter a maior leitura possível, sem realmente fazer trapaça! Outro truque útil que encontramos é untar levemente o interior do funil do prumo, o que reduz significativamente a dificuldade de remoção de cada projétil após o tiro.

A grande vantagem de um pêndulo balístico é que, se alguém está interessado na medição da energia contida em um projétil, ao invés de sua velocidade, pode-se ler esta energia diretamente pela construção e montagem de uma escala calibrada em libras pé (ft.lbf).

Temos sido frequentemente solicitados pelos entusiastas de armas de ar com mentalidade matemática, para explicar a teoria por trás do pêndulo, por isso vamos defini-lo de novo para aqueles que possam estar interessados​​.

Vamos então, definir os símbolos que serão usados ​​nos cálculos: :

g = aceleração da gravidade (ft/s²)
V = velocidade do projétil (ft/​s)
w = peso do projétil (lbf)
W = peso do pêndulo (lbf)
h = altura do “balanço” (ft)
R = raio de rotação a partir do centro de rotação do pêndulo para o centro de gravidade do pêndulo (ft)
Ø = ângulo de rotação do “balanço”
m = massa da bola.
M = massa do pêndulo.
U = velocidade do pêndulo.

Imagem

Agora, quando um projétil está voando pelo ar contém um Impulso dado pela sua massa multiplicada por sua velocidade.

Assim, o Impulso = m . V

Se o projétil se choca com o coletor do pêndulo, pela lei da conservação da quantidade de movimento (momento):

m . V = (m + M) . U

Como a gravidade é constante, a equação acima pode ser reescrita em termos de peso:

w . V = (w + W) . U

ou

U = (w.V) / (w+W) ... equação (1)

Agora, a energia combinada das partes em movimento, isto é, o projétil mais o pêndulo, é dada por:

E = ½ (M + m) U.U

ou:

E = [(w + W) U.U] / 2g

Assim, substituindo-se U a partir da equação (1)

E = (w + W) / 2g . (w V.V) / (w + W)(w + W)


ou:

E = [(w.w) .(V.V)] / 2g (w + W) ... equação (2)

Agora, já que o pêndulo oscila até uma altura h ele contém energia potencial igual a:

Ep = (w + W) h ...equação (3)

Agora, temos duas equações para a energia contida no pêndulo porque as equações (1) e (2) ambas dizem respeito a mesma energia.

Assim:

E = Ep

[(w.w) (V.V)] / 2g (w + W) = (w + W) h ... equação 4

Imagem

As equações básicas agora ser completo, substituindo-se os valores W e w. A leitura (medição) direta de h tornaria possível cálculo de V2, e, consequentemente, a velocidade do projétil. Mas seria impraticável medir h com um bom grau de precisão, enquanto que a medição do ângulo de oscilação é muito mais fácil, a partir deste o valor de h pode ser calculado:

Temos:

Cos Ø = (R – h) / R

ou

h = R(1- Cos Ø)

Assim, substituindo-se h na equação 4:


Imagem

Imagem
Equação 5

Este é apenas um valor puramente teórico, uma vez que não temos sido capazes de tomar conta de qualquer perda, tais como:

Este é apenas um valor puramente teórico, uma vez que não fomos capazes de explicar quaisquer perdas, tais como:

(1) Calor gerado pelo impacto do projétil
(2) O som no momento do impacto da bala
(3) Deformação do projétil e do pêndulo
(4) A rotação do pêndulo através do ângulo Ø
(5) O atrito.

Agora, se por meio de testes práticos, utilizando um cronógrafo para medir a velocidade real do projétil que levantou o pêndulo até um determinado ângulo medido de Ø graus, estas perdas podem ser eliminadas de modo a se obter a fórmula exata. Além disso, como g, R. W, w, são todos constantes para determinado pêndulo, podemos somá-los todos juntos e chamá-los de K.

Assim, a partir da equação 5

Imagem
Equação 6

Um fato muito importante que deve ser observado é que K é exatamente a velocidade necessária para produzir uma oscilação do pêndulo 90 °, quando cos Ø = 0, ou seja, quando Ø = 90°.

A determinação do K é de grande importância, quando eles estão sendo preparados ou um novo pêndulo ou uma nova escala para atender alguma arma particular ou bala. Uma vez conhecido o valor de K torna-se relativamente fácil determinar o fundo de escala para o instrumento em questão.

Assim, se sabemos que a velocidade do projétil é, por exemplo, 500 fps e este foi disparado contra um pêndulo e produziu uma oscilação de amplitude máxima de 50º, a partir da equação 6 temos:

Imagem
K = 836,58

Assim, com esse peso particular de pêndulo, um tiro disparado a 836,6 fps. iria produzir um balanço de 90º. E, a partir disso, qualquer outro ângulo para uma dada velocidade pode ser encontrado aplicando-se a equação (6):

Imagem
Equao_7.jpg?lgfp=3000

Assim, por exemplo, um projétil que se desloca a uma velocidade de 400 fps, produziria uma oscilação de:

Imagem

Cos Ø = 0,771385

Ø = 39,52º

[i]Nota do Tradutor: há um erro de cálculo no livro original, os autores se esqueceram de elevar ao quadrado, a parcela a ser diminuída de 1, o que resultou em Ø = 39,52º[/i]

Chegamos então, a duas equações separadas (5) e (6), cada uma das quais vai resolver os problemas; a diferença entre as duas é que a segunda baseia-se num coeficiente (K) obtido pela incorporação de vários fatores que não são considerados na primeira equação. Embora os valores W e R mostrado na equação (5) sejam valores definidos, em termos práticos, não são fáceis de se medir, uma vez que, no caso de W, que é apenas o peso do pêndulo eficaz que deve ser considerado, mas este deve ter um qualquer tipo de suspensão que, por sua vez, também terá um peso. No caso do valor de R não é fácil de identificar o ponto exato do centro de gravidade do pêndulo e qualquer pequeno erro na determinação deste valor afetará a calibração final.

Em nossa opinião, a equação teórica é válida apenas nos estágios iniciais da construção do pêndulo, mas, em seguida, a segunda equação deve ser usada. E para fazer isso você precisa ter a disponibilidade de alguma outra maneira (cronógrafo eletrônico) para determinar a velocidade do primeiro tiro, a fim de obter a constante K.

Traduzido do livro "The Airgun From Trigger to Muzzle", escrito por G.V. Cardew, G.M. Cardew e E.R. Elsom em 1976.
Editado pela última vez por Mandarim em 06/07/2014 - 10:02:41, no total de 3 vez
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Re: The Airgun from Trigger to Muzzle - Tradução Parte III

Mensagempor Mandarim » 06/07/2014 - 09:56:13

Tópico concluído com tradução do seguinte conteúdo:

Parte III

Capítulo 9 - Eficiência

Capítulo 10 - Cronógrafos


--- --- --- :mrgreen:

Registro aqui os meus agradecimentos ao luisaurelio, que transformou o arquivo original em arquivo pdf pesquisável, o que facilitou sobremaneira a tradução utilizando-se os recurso de tradutores online de modo mais ágil. ***
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Retornar para Armas de Mola

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jrps2007
16/05/2019 - 00:03:58
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Boa noite, onde consigo silenciador da s200? Grato
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10/05/2019 - 19:56:11
cilindro e regulador da s200, onde consigo? boa tarde
thiagonunes88
10/05/2019 - 16:37:23
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unicos_ig
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Bom Dia Caros Amigos do Site! Mais uma vez trazendo uma Case Exclusiva importada direto dos EUA: viewtopic.php?f=3&t=26211
Davi_Ogata
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Boa noite, hw 97 só 3000 reais, viewtopic.php?f=3&t=26191
thiagonunes88
24/04/2019 - 18:32:00
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22/04/2019 - 09:19:50
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NGO
22/04/2019 - 09:19:40
Daisy
hidden
18/04/2019 - 00:29:03
Daisy
hidden
18/04/2019 - 00:28:33
Continua a venda a Tokyo Marui Detonics 45 gbb airsoft 6mm ver no link Compra e Venda e Equipamentos e Acessórios
João Estevam
16/04/2019 - 10:00:11
Aí galera, se alguém tiver interessado em aumentar a potência da Pistola Beeman P17 segue o link, https://www.youtube.com/watch?v=xWpeBSz0xvc .. só compartilhando com os colegas do tiro! Valeu!
caricadmm
09/04/2019 - 02:33:50
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24/03/2019 - 13:32:23
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fabiano pires
20/03/2019 - 09:31:15
Boa noite! Estou buscando mais informações sobre o equipamento scatt de treinamento laser alguém saberia me passar algum Review algo do tipo
Raphael
17/03/2019 - 18:36:51
Quem tem uma Cometa 50 ? Criança chorando ! Compro .
mazinhowaldemar
24/02/2019 - 09:31:15
Qual a especificação da luneta?
ERIVALDO
18/09/2018 - 22:31:31
A saxon vem com o adaptador de recarga, o certificado e a faca que vem junto de fabrica?
ERIVALDO
18/09/2018 - 22:31:11
me manda mensagem no pv
maskote
13/09/2018 - 15:04:04
eu tenho fabiano pires
maskote
13/09/2018 - 15:03:52
Alguem vendendo luneta de visão noturna?
fabiano pires
11/09/2018 - 08:03:56
Cricket a venda ainda amigo
LucasCJ
08/09/2018 - 09:59:34
Crickey a venda ainda amigo
LucasCJ
08/09/2018 - 09:58:51
Boa noite Já vendeu a cricket amigo ?
clayrton
07/09/2018 - 20:33:31
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