Avancarica: energia cinetica e velocità

Nel precedente articolo avete visto cos’è un moschetto ad avancarica, come veniva ricaricato nell’esercito inglese e vi siete fatti un’idea della sua precisione.

Sul discorso precisione e accuratezza, che non sono sinonimi nel linguaggio scientifico e nemmeno in balistica, tornerò in futuro. Adesso preferisco mostrarvi le prestazioni delle armi da fuoco in termini di energia cinetica, velocità e peso del proiettile. In una parole: letalità. Perché colpire il bersaglio è importante, ma ammazzarlo lo è di più.

Prima di tutto: l’energia cinetica

L’energia cinetica è l’energia che un corpo possiede in virtù del suo movimento. Un corpo in moto è in grado di compiere lavoro in quanto esso è in moto. Per dirla in modo semplice in un proiettile l’energia viene dissipata in attrito con l’aria, calore ceduto per attrito all’impatto, spinta sul corpo colpito (magari entrandogli dentro) ecc…

Chi non ha mai visto in un film l’effetto di un fucile a pompa su un giubbotto antiproiettile? L’eroe viene investito da una scarica di pallettoni, tutti dotati della loro quota di energia cinetica, e finisce al suolo. Il giubbotto ha retto e gran parte dell’energia cinetica dei pallettoni se ne è andata spingendo l’eroe nel tentativo di penetrare gli strati di kevlar, mentre una piccola quota si è tramutata in calore per attrito con il giubbotto.

La formula, in versione semplificata, è

Le unità di misura sono quelle del Sistema Internazionale: chilogrammi per la massa m e metri al secondo per la velocità v. L’energia cinetica si misura in joule (J).
Come potete vedere l’energia raddoppia al raddoppiare della massa e quadruplica al raddoppiare della velocità.

I test sulle armi antiche

Alcuni dati ricavati da Krenn durante i test condotti sulle armi presso l’arsenale di Graz, in Austria, possono aiutare la comprensione di quanto fossero potenti i moschetti ad avancarica. La velocità a otto metri è riportata per mostrare il rapido decremento rispetto a quella misurata alla bocca.

Tipo di Arma	Periodo	Calibro	Canna	V (bocca)	V (8 metri)	E (bocca)
		(mm)	(mm)	(m/s)	(m/s)	(J)
Carabina a ruota	‘600	18,1	675	392	371	2463
Pistola a ruota	1620	12,3	480	438	–	917
Moschetto a ruota	1595	17,8	1000	456	435	3125
Moschetto a miccia	‘600	15,1	760	449	428	1752
Moschetto da posta	1580	20,6	1655	533	514	6980
Moschetto a pietra	1700	18,4	955	467	446	3735
A paragone…
Pistola Glock 17	1980	8,8	114	360	–	518
Fucile d’Assalto Steyr AUG	1977	5,56	508	990	–	1764

Enorme moschetto da posta

Calibro 27 mm, lunghezza 228 cm, canna 169 cm, peso 19 kg (senza base).

Sfruttando la formula dell’energia cinetica è possibile ottenere il peso in grammi dei proiettili e, essendo tutti sferici e di piombo, ci vuole poco a derivarne il calibro effettivo rispetto a quello dichiarato dalla canna.
Ad esempio il Moschetto a Pietra spara un proiettile del peso di circa 34 grammi, ovvero una sfera di piombo del diametro di 17,9 mm pari a 0,704 pollici. Essendo la canna nominalmente da 18,4 mm (0,724 pollici) la regola dei 2-4 centesimi di pollice di gioco è confermata.

Notate anche come, essendo le velocità piuttosto simili, sia importante il peso del proiettile per l’energia finale. Ad esempio i due moschetti a miccia e a ruota hanno velocità alla bocca simili (456 e 449 m/s), ma il proiettile di quello di calibro maggiore dispone di molta più energia cinetica (3125 contro 1752).
Il peso del proiettile della canna da 17,8 mm (0,70 pollici) è di ben 30 grammi, mentre quello della canna da 15,1 mm (0,594 pollici) è di solo 17 grammi circa.

Krenn ha testato le armi di Graz usando moderna polvere nera in grani di dimensione uniforme (corned powder). Questo genere di polvere, umidificata e poi seccata, veniva impiegata fin dal XVI secolo. Il vantaggio rispetto alla classica polvere nera fine prodotta a secco (serpentine powder) sta nella maggiore rapidità di produrre gas grazie all’ossigenazione dei grani: la velocità risulta aumentata di un terzo e l’energia cinetica di oltre la metà.

L’arma di Graz con la maggiore velocità alla bocca è stata il moschetto da posta da 533 m/s, mentre la più lenta è stata una pistola di inizio ‘700 con appena 385 m/s. Le velocità alla bocca cadono entro un range piuttosto piccolo: dieci su tredici sono tra 400 e 500 m/s. La velocità del suono è 330 m/s.

Questi dati austriaci cozzano con i precedenti di J.C. Benton. La polvere usata nei test austriaci era moderna e di ottima qualità, ma questo non basta a spiegare le alte velocità riscontrate. Benton rilevava che un fucile francese del Settecento (un Charleville, forse?) aveva una velocità alla bocca di 320 m/s. Tutte le armi dell’Ottocento testate da Benton, fucili rigati e pistole, avevano velocità alla bocca tra 232 e 292 m/s.
Il mistero è facilmente svelato se si rileva la quantità di polvere usata da Benton: come molti tiratori del diciannovesimo secolo usava una dose di polvere pari all’11% del peso del proiettile.

Benjamin Robins, il pioniere della balistica e inventore del pendolo balistico, riportò una velocità di 509 m/s a 25 piedi dalla bocca del moschetto caricato con polvere pari a circa metà del peso della palla.
Benton, infatti, quando testò un fucile per il tiro sportivo di altissima qualità usando polvere al 46% del peso della palla ottenne una velocità di 579 m/s.

Storicamente le armi da fuoco ad avancarica, prima dell’Ottocento, venivano caricate con una dose di polvere tra un terzo e metà del peso della palla. Le velocità rilevate da Krenn possono quindi essere considerate molto affidabili come indicatori delle reali velocità dei proiettili sparati secoli fa.

Riflessioni finali

Per uccidere un uomo non serve un proiettile dotato di molta energia cinetica (500 Joule hanno sufficiente potere d’arresto per contrastare un’aggressore) ma se serve che voli distante e magari bisogna anche fargli penetrare una corazza è meglio che ne abbia in abbondanza.

I proiettili sferici hanno un pessimo drag coefficient (coefficiente di resistenza aerodinamica) per cui rallentano rapidamente e risentono molto dell’effetto Magnus durante il volo, per cui anche la stabilità della traiettoria si compromette in fretta.

C’è poco da divertirsi: rispetto a un proiettile oblungo di forma conica che ruota su se stesso sono molto svantaggiati. Perdono velocità rapidamente e di conseguenza anche energia cinetica e quota. Ma sulle corte distanze la massa di piombo e il calibro enorme li rendono devastanti.

ATTENZIONE!
Si consiglia la lettura, anche per capire meglio gli svantaggi delle palle sferiche e la loro naturale propensione alla derivazione orizzontale nel tiro, del nuovo articolo sulla Armi a Percussione dell’Ottocento.

 

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