發新話題
打印

[維修] 氣動槍迷思探討-加重彈會讓槍枝威力變強?

氣動槍迷思探討-加重彈會讓槍枝威力變強?

相信前輩們一定都有聽過,在生遊界裡似乎流傳著一道真理:「氣槍使用的子彈愈重,槍口的威力就愈高,打到人也就愈痛」,似乎很合理的一句話,卻讓我腦中產生了疑惑:
奇怪?我記得動能的公式不是Ek=12mv^2嗎?那怎麼能只光看子彈重量就能推論它和槍枝威力成正比呢?照理說槍口初速應該也是一項不可被忽略的因素吧?
但當我向前輩提出這些疑問時…立刻被當成問題兒童看待(

當然這些並沒有影響我想找出答案的決心(果真是問題兒童),於是我在下方設計一連串的測試,整理完數據後並將發現的結果和個人推論分享給各位當作參考,希望能幫助到你們,那我們就進入正題吧~~
(由於篇幅有些龐大,對於講求效率的前輩們我會節錄重點,請放心閱覽)

其實我做的事情很簡單,就是拿每把槍用不同重量的子彈測初速,並將數據帶到「Ek=12mv^2」和「P=mv」兩個公式裡求出動能和動量,最後整理成「彈重和槍口動能(動量)的關係」。為什麼需要分別求出動能和動量呢?其實這背後是有含意的。

一般人可能會認為動能大的子彈打到人體都會相對較痛,但這觀念並非完全正確,理由我後方會說明。唯一確定的事情,就是動能大的子彈在射擊時,能轉換成較高的重力位能(關於這點用國中教的力學能守恆就能夠證明)。簡單的說:動能愈高的子彈理想射程也會愈高,當然這是在不考慮其他因素的情況下才會成立的。除此之外,能量較高的子彈在射程上也會相對占有優勢,因為它可以在空氣阻力做負功的情況下,還能維持一定的能量運動,雖然子彈的空氣阻力很小,所以關於這點影響應該不大。

至於動量又是什麼東西呢?它的官方定義為:物體在運動方向上保持運動趨勢的能力,而動量越大,則改變物體的運動趨勢越困難。說的更直白一點,如果物體(子彈)動量愈大,就必須施加更大的力才能將其停止運動,同時施力物體(身體)也會承受相對的力量,也就是「感覺會愈痛」。而詳細的過程因為會關係到「衝量」和「功」等等的物理觀念,有興趣研究的前輩們就自己去網路找資源擴充知識囉~

說了這麼多前置作業和名詞定義,終於可以看測試結果了~~

首先,我分別拿不同動力來源的氣動槍當作實驗對象,分別是:
UHC M92(空氣槍代表)
WE G18c(瓦斯槍代表)
S&T M4A1(電槍代表)
WG Python(CO2槍代表)

測試溫度:攝氏30度
瓦斯:12KG威猛瓦斯
電槍電池:11V鋰電池

我們就先從比較熟悉的動能說起吧!在下方的散佈圖我們可以發現,基本上每一把槍「動能與彈重」之間的關係似乎都存在著極值,其中最有趣的莫過於UHC M92的數據,因為它的動能會隨著彈重增加而下降,這大概也是為什麼在玩這種兒童玩具槍時,最適合用重量輕的「0.12g黃彈」當作彈藥的原因。可惜的是我手邊目前沒有空氣狙擊槍可以當作研究對象,所以我並不清楚這種關係能不能同樣套用在狙擊槍身上。至於每種動力來源的氣槍,它們在使用以下重量子彈時動能變化如下:

            理想值(曲線最高點)  實際值(數據最高點)
UHC M92     --                  0.12g
WE G18c     0.4g                0.2g
S&T M4A1    0.2g                0.25g
WG Python   0.6g                0.36g

在上方的數據中我們可以知道:在我們所使用的所有子彈中,瓦斯槍和電槍在使用0.2g和0.25g的子彈時,子彈的動能會到達最高數值(雖然和理想值多少有些偏差)。這結果也告訴我們一般電槍或瓦斯槍在沒有升級的情況下使用加重彈,其實本身意義並不大,因為使用後子彈不見得會有更高的能量,更不用說會提高射程。但也不能說加重彈就是廢物,畢竟使用加重彈能讓彈道更穩定,所以相當適合用在中遠距離的狙擊槍上,可惜這不是今天討論的重點,因此我不再細談。至於CO2槍的部分,因為本身動力來源的威力相較其他三者還要大,因此可以搭配較重的子彈來達到「動能最佳化」。

而動量的最大值就和槍本身下場的表現沒有太大關連,反而應該是那些負責「吃子彈」的人會比較關注這部分,因為在上方我也提到過,如果子彈動量變大,打到人時就會產生較多的正向力,想當然人就會感覺愈痛。而從結果顯示,其實每把槍的「動量和彈重」之間的關係也存在著極值,結果如下:

            理想值(曲線最高點)  實際值(數據最高點)
UHC M92     0.7g                0.89g
WE G18c     0.85g               0.89g
S&T M4A1    0.8g                0.89g
WG Python   0.89g               0.89g

很明顯的,如果用同一把槍射擊愈重的子彈,子彈本身的動量也會明顯的上升,這樣也可以說明為什麼「被加重彈打到會比較痛」的現象
順便說一下,如果拿最大動量的子彈(0.89g銅彈)下場,在不考慮其他因素的情況下,擊中人體時施加的力是拿一般0.2g子彈的幾倍呢?其實是可以用數學求出來的:
因為衝量公式由衝量公式J=∆P=∆t*F,我們可以知道當子彈接觸到人體、緩速至靜止的過程中,假設所花費的時間一樣,那子彈施力的比例就會等於和動量比,拿WE G18c當作例子:
在使用0.89g和0.2g的情況下,子彈的動量分別為0.0353kg*m/s和0.0193kg*m/s,由此可知兩種子彈施力在人身上的比例=0.0353:0.0193,大約就是2:1,也就是說如果在下場時使用銅彈,對中彈的敵人就會產生兩倍的痛感(說真的這不是件有趣的事)

到目前為止我為各位做個小結論:
其實在文章一開始說的「子彈愈重打到愈痛」那句話本身也沒有錯,只是在用詞及關係上並沒有準確定義罷了。正確來說,使用加重彈會讓玩家產生更大的痛覺,然而原因並非威力(動能)增加造成的,而是因為動量提高才會有這個現象。會有這個錯誤說法,主要的原因是當物體質量相同時,速度增加會導致動量增加,同時動能也會增加,所以才容易被玩家們搞混。而不論是動能還是動量,它們與彈重的關係都會存在著極值,所以也不是愈重就一定愈痛哦~只是超過動量「彈重極值」的生遊子彈幾乎沒有人在做,畢竟應用層面不大,也沒人想做賠本生意。

以上的結果是我主要想分享給各位的部分,希望有幫助到各位。而下方是我後來延伸出來的研究,有興趣的前輩可以繼續往下看~~

其實研究做到這,我心中又產生了另一個疑惑:影響每把槍動能(動量)與彈重兩者關係間的極值,是因為動力來源的差異,還是說其實每把槍都有屬於自己的「彈重極值」。也因此我做了同樣的測試,只不過實驗對象改為同樣為瓦斯動力的半自動手槍,分別為WE G18c、WE M1911以及KJ M9A1,就讓我們來看看下方的數據吧!

三款手槍彈重和動能之關係:

            理想值(曲線最高點)  實際值(數據最高點)
WE G18c     0.4g                0.2g
WE M1911    0.75g               0.89g
KJ M9A1     0.85g               0.89g


三款手槍彈重和動量之關係:

            理想值(曲線最高點)  實際值(數據最高點)
WE G18c     0.85g               0.89g
WE M1911    --                  0.89g
KJ M9A1     --                  0.89g

根據上方數據顯示,其實每一把槍都有屬於自己的「彈重極值」,不論是在動量上或動能上皆是如此。那問題來了:如果每把槍都有不同的動能最大模組,那為什麼市面上在選彈時還是會以0.2g和0.25g為主流呢?這其實是有原因的,而且並不難理解。拿WE M1911當作例子,雖然動能最大的搭配是0.89g的子彈,但在測試時,它的槍口初速就只有56m/s而已,這種低初速在射擊時會相當講究玩家「預開」的技巧,更何況如果交戰距離拉長,就幾乎打不到移動中的敵人了,也因為如此,大家才選擇讓自己的槍犧牲動能,來換取更高的初速,畢竟就算射程變短的話用Hop up基本上就能夠彌補,所以基本上不成問題(發明這系統的人是天才~)。至於另一個原因,就是不希望加重彈帶來的高動量,造成對方不必要的傷害。唯有這樣,才能確保雙方都有好的遊戲體驗,創造出安全的「生存遊戲」。

如果未來有機會,我想繼續研究的問題點是:如果在不同溫度的情況下,槍枝的「彈重極值」會不會因此改變?當然這也得要符合測試環境的溫度以及時間上的允許我才能繼續研究。這篇文章有點長,能耐心看完的前輩們真的很厲害(給你們端茶搥背)!!如果對於我的測試及推論有任何疑惑歡迎在下方討論,再次感謝各位肯賞臉詳讀本文。

[ 本帖最後由 FoxyFoxy 於 2019-8-9 00:25 編輯 ]

TOP

ㄨˇ理大大+好文=必推

TOP

你確定你對動量跟"痛"的關係的假設和時間那些的假設都是正確的嗎
Edit我的意思是這些假設太牽強了 有科學精神就要嚴謹的提出證明不可以有一堆主觀假設 得出的結論也不可以擅加解釋 研究不是這樣亂搞的
動量衝量代表的也只能是他的定義 不可以這樣解釋 力沒有一致也可以積分

[ 本帖最後由 camperguy 於 2019-9-9 16:39 編輯 ]

TOP

引用:
原帖由 camperguy 於 2019-8-9 01:54 AM 發表
你確定你對動量跟"痛"的關係的假設和時間那些的假設都是正確的嗎
感謝camperguy前輩的提問,這確實是值得深入研究的問題。

關於這點您說的沒錯,我在『「動量」以及「人體疼痛感」兩者之間的關係』那部分,提出了很大膽的假設,先撇開痛覺本身是種主觀的感覺,光是「子彈對人體的施力」等等因素本身就存在許多細節。花費您們一點時間聽聽小編我的解釋吧~

上方也提到動量的公式為P=mv,而如果要使子彈停止運動,是必要讓子彈本身的動量(速度)變為0,而動量改變的差值為P=P-0,此數值我們也可以稱做整個過程中產生的衝量(J)。至於衝量本身又有另一個獨立的公式:J=Ft,也就是說衝量本身和對物體(子彈)的施加的力量大小以及施力作用時間成正比。但點到這裡,問題就出現了:
1.在衝量的公式中,施力(F)必須是定值,或者是整個施力過程中的「平均施力」,但依我目前的實力、資源及資訊量,還沒辦法確切求出子彈與人體接觸期間的平均施力。

2.除了施力以外,我也沒辦法確定每一發子彈在接觸人體時,花費的時間都是固定的,這不僅關係到子彈本身的質量及原速度,接觸面的「恢復係數」也是一項不可忽視的因素,畢竟只要接觸時間相差0.01秒,最終數據的結果就會差之千里。也因此我才會在上方大膽假設「過程作用時間相同」。

3.不只是衝量公式本身,子彈與人體接觸的面積也會影響到痛覺。舉個例子,分別拿手指和細針,施加同樣的力在手上,正常情況下後者造成的傷害都會遠超過前者,子彈也是同樣的原理,只要和人體的接觸面積有差值存在,就算子彈施力沒有改變,對於人體的傷害還是有差別的。
(這也是為什麼脂肪多的人適合當肉盾,柔軟的表面不只接觸時間變長,接觸面積也大幅提升了呢)

基於以上這三點,我也只能在不考慮其他因素的情況下提出假設,當然我承認實際值不可能和數據一樣理想,但比起胡說八道,我更希望把我目前確定的資訊和各位分享,希望各位前輩也能和小編我一起探究真相。

最後再次感謝前輩的發言,讓小編我有機會和各位澄清。如果看完這些後,對數據的可信度因此大幅降低...那就請當參考看看就好

[ 本帖最後由 FoxyFoxy 於 2019-8-9 12:50 編輯 ]

TOP

距離有列入考慮嗎?
較重的BB彈初速較低所以空氣阻力較小, 初速衰減會比輕量的BB彈低
理論上遠距離時較重的BB彈殘存的動能應該會比較高吧

TOP

氣體或電池提供的能量是固定的
重彈質量高、初速低
輕彈質量低、初速高
兩者的動能應該一樣

[ 本帖最後由 WildBirdSociety 於 2019-8-9 20:56 編輯 ]

TOP

這物理現像國外叫 joule creep

其中一種說法:
https://www.reddit.com/r/airsoft ... mp;utm_medium=web2x

大概就是說輕彈慣性低,比重彈容易加速
如果電動槍或者手拉彈弓槍的氣缸容積比槍管容積大,BB 彈就能於彈弓提供的動能用盡前離開槍管

相比之下重彈慣性比較大,加速比較慢,留在槍管裡的時間就比較長,受到經由彈弓、氣缸推動空氣的動能也較多
所以即使槍口初速比較低,動能卻更高

TOP

引用:
原帖由 allen_hu600 於 2019-8-9 11:16 AM 發表
距離有列入考慮嗎?
較重的BB彈初速較低所以空氣阻力較小, 初速衰減會比輕量的BB彈低
理論上遠距離時較重的BB彈殘存的動能應該會比較高吧
感謝allen hu600前輩的提問,這問題讓我思考了很久,最後決定這樣回答您的問題:

您的理論確實沒有錯,在同樣的接觸面積下,空氣阻力會和物體速度呈正相關,也就是說輕量BB彈確實會因為高初速而比加重彈承受更多的阻力,再加上本身重量較輕,因此在飛行過程中速度會衰減的更快,然而那已經是這篇文章主題的延伸了,畢竟我上方的研究只假定在近距離,也就是空氣阻力造成的速度衰減還沒那麼嚴重的情況下推倒出的結論。不過這部分非常適合當作整篇研究的未來發展,感謝前輩指點!!

TOP

引用:
原帖由 WildBirdSociety 於 2019-8-9 01:36 PM 發表
空槍或電池提供的能量是固定的
重彈質量高、初速低
輕彈質量低、初速高
兩者的動能應該一樣
前輩的觀念在大方向是正確的,然而在動能的公式「Ek=1/2mv^2」我們可以知道,子彈的動能和物體質量及速度「平方」成正比,也就是說在固定動能的情況下,質量和速度的關係並沒有想像中單純,也因為如此小編我才會設計上方的測試,希望能藉由實際數據求出三者之間的關係,結果已經陳列在上方了,可以參考看看!如果需要原始數據的話可以私訊小編哦~

TOP

發新話題

Sitetag