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槍的射程是1500m 能在1501m用手接住子彈嗎?
送交者: 嵐少爺 2024年07月21日18:52:36 於 [軍事天地] 發送悄悄話

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  12.7毫米子彈,彈重130g,彈頭重46g。

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  子彈射擊的初速為820m/s,遠遠超過音速。

  會產生激波。

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  產生激波時,子彈受到的阻力和空氣的壓縮率、雷諾數、子彈的彈頭形狀都有關係。

  不過,子彈的有效射程,恰恰和彈頭的"超音速飛行距離"有關。

  這是因為,大威力槍械子彈初速度遠遠高於音速,速度降低到亞音速時,激波變成壓差阻力,產生的擾動會造成子彈頭的不穩定。

  尤其是破音障後,子彈隨機散布的範圍增大,大大影響命中率。

  所以,大威力的槍械,達到最大有效射擊距離時,速度都大於音速的340m/s。

  這是一些子彈的最大超音速距離:

  這些子彈的超音速飛行距離,都是稍大於最大有效射程的。

  微型手槍,幾克重的彈頭,以200m/s的速度也能射殺人。

  更不用說,接近50g,速度高達340m/s的大型彈頭了。

  單單算動能,後者就是前者的150倍左右。

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  我們不妨來看看,子彈對人體產生的衝擊究竟有多大的威力。

  子彈高速射擊在人體身上,可以把人體近似看做液體。

  那么子彈擊中人體的時候,可以引入衝擊係數進行計算:

  衝擊力為:

  C為衝擊係數,ρ為人體密度,S為子彈橫截面積,v為子彈的速度。

  從公式可以看出, 如果物體垂直於水面撞擊,β趨近於90°時,C也趨近於無限小。[1]

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  這是不同研究人員對楔形物體撞擊水面,得到C數值與夾角的關係。

  子彈射入人體時,夾角可大於80°,那麼衝擊係數可低至0.1.

  假如子彈尖端的半徑可低於1mm,那麼整個口徑與尖端的比值高達200:1.

  可得子彈頭部對人體的最大壓強約為:

  人皮膚強度典型值是2.5~16MPa[2]

  人類骨頭的強度,一般在40~76MPa之間,頭顱強度便在這個範圍內[3]:

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  人體最強的股骨、脛骨之類,強度極限在120MPa左右[4]

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  哪怕這個強度也比2GPa低了10多倍。

  憑藉近乎50g的重量,這顆子彈在音速下,足以輕鬆貫穿頭顱。

  想要不被一槍爆頭,速度需要低至50m/s。

  這個速度依然可以產生高達50MPa的壓強,足以射穿肌肉,導致內臟破壞而死亡。

  要讓肌肉層都不會被擊穿,差不多需要30m/s以下。

  然而,飛出的子彈,速度真的能低到50m/s,甚至30m/s嗎?

  接下來我們不妨探討一下,子彈達到最大射程時,對人體究竟還有多大的傷害。

  畢竟原題目中問的射程,既可能是有效射程,也有可能是最大射程。

  巴雷特M82A1使用M33型普通彈時,有效射程1500m,而最大射程卻能達到6800m。

  之所以,最大射程比有效射程遠這麼多,主要在於速度遠低於音速的時候,空氣阻力係數也會大大降低,可以讓子彈飛行得足夠的遠。

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  破音障的時候,阻力最大,遠遠超過音速的時候,阻力係數也會逐漸趨近於理論值

  要讓子彈達到最大射程,射擊的時候,和地面存在一定的夾角。

  通常來說這個夾角在28-35°。

  最遠射程狀態下,雖然子彈的速度大大降低,但依舊存在一定的速度。

  這個速度的大小,我們可以簡單而粗暴地估算一下。

  如圖,曲線的頂點,大約在以初速度直線飛行2/5的位置,這個高度為:

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  子彈從這個高度下墜,產生的速度為:

  由於速度已經很慢了,空氣阻力就不考慮了。

  子彈擊中目標的時候,由於彈道傾斜,子彈與目標的夾角大約為45°,那麼還存在一個幾乎相等的水平速度。

  兩個速度疊加在一起為:

  把這個速度帶入前文中的衝擊公式,可計算出,子彈對人體依舊會造成1Gpa的衝擊壓強。

  人依

  不過,這裡我們並沒有考慮空氣阻力。

  實際也需要考慮空氣浮力和摩擦力,但相對來說比較小,這裡忽略不計。

  僅僅考慮空氣阻力時,有:

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  C為空氣的阻力係數;ρ為空氣密度;S為子彈截面積;V為子彈速度。

  從高空墜落,子彈達到終末速度時,子彈受到的助力等於重力。

  有:

  考慮阻力係數在0.1~0.5的範圍內時,速度為:100~200m/s.

  加上水平速度,就是150~300m/s。

  考慮到前文計算出的上限值,其實子彈的終末速度,差不多在200m/s上下的範圍。這個速度恰好是微型手槍的初速度,但由於子彈重了七八倍,射殺人也是輕輕鬆鬆的事情。

  即便我們只取150m/s的下限。

  這顆子彈對人體的衝擊壓強也高達450MPa。

  這強度已經可以讓部分鋼材變形,自然能輕鬆擊穿人的手掌,以及陷入頭顱內。如果從太陽穴鑽入,也是有可能爆頭的。也就只有繞開內臟和大動脈,才有存活下來的可能性。

  總之,一把巴雷特,無論怎麼樣射出子彈,有多遠的距離,只要子彈能飛到,射中人體要害,就可能致死。

  但如果這把槍的最大射程就只有1500m呢?

  那就是小口徑的槍械了。

  同樣把相關數據代入以上的公式,可得最終速度在100m/s左右。

  但由於質量小了很多,動能變小了,衝擊力變弱了。

  計算得到的衝擊壓強,減少到50MPa上下。

  這個壓強,正好在人體骨骼的強度附近。

  你用手接時,它足以擊穿皮膚,掌骨有可能被擊穿,也有可能不會。

  看你的年齡,骨頭成分比例,以及子彈射擊角度和受風阻的情況。

  綜合來考慮的話,大概率這顆子彈會陷在你的手掌心裡。

  其實還有一種情況,小口徑槍械,垂直朝天射擊,子彈橫躺墜地。

  這樣子彈產生的衝擊就足夠的小了,不會衝破你的皮膚了。

  但我還是不建議徒手接,畢竟你的手不是死豬皮,怕燙啊。

  總的來說,無論威力再小的槍械,距離再遠,都不適合徒手接子彈。

  《參考文獻》

  [1] 陳慶民, 吳宗成, 王醜醜. 二維對稱物體的入水衝擊研究©. 第八屆全國流體力學學術會議論文摘要集. 2014.

  [2] 盧天健, 徐峰. 皮膚的力學性能概述[J]. 力學進展, 2008. 38(4):393-393.

  [3] 徐晉彬, 張宏民. 人顱骨力學性質的實驗研究[J]. 醫用生物力學, 1996. 011(001):5-9.

  [4] S.C.Cowin, 王德琪, 董務民. 骨的力學性能[J]. 力學進展, 1985(01):92-109.

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