estabilidad del proyectil

Estabilización
Desde que se inventaron las armas de fuego, las esferas de piedra o plomo, se
transformaron en proyectiles obsoletos. Fueron sustituídos en los rifles por largos
proyectiles aerodinámicos. La razón principal para usar proyectiles elongados
consiste en incrementar su densidad seccional, es decir, masa por sección
transversal, para ofrecer menor resistencia al aire, mientras que se mueve
suficiente masa en función del diámetro al blanco a impactar.

Si están correctamente estabilizados, los proyectiles de mayor longitud, penetran
más profundamente.


Estabilización por rotación
El aire, al ser penetrado por un proyectil alargado, lo frena en su nariz. La masa
empuja desde el centro de masa que se encuentra en algún punto detrás de la
nariz del proyectil. Para mantener su eje en la dirección de vuelo, los proyectiles
alargados necesitan un determinado índice de estabilización. Como los cañones
de las armas están estriados en forma helicoidal se fuerza al proyectil a girar
alrededor de su eje longitudinal a medida que se acelera dentro del cañón.

En vuelo, el giro estabiliza al proyectil y la tolerancia a las fuerzas propias delencamisado limita la aceleración rotacional máxima. Si se disparan proyectiles de
plomo alargados desde un fusil a más de 400 metros/segundo (1300 pies/
segundo), las estrías cortarán al plomo, anulando la potencial rotación. Los
encamisados duros (cobre, latón, tombak, hierro blando) envuelven al núcleo de
plomo para permitir una velocidad de rotación más elevada, es decir,
permitiendo que el proyectil gire más rápidamente.

El tejido vivo (carne, músculo) es casi 800 veces más denso que el aire y se debe
tomar en cuenta que las fuerzas de frenado están en relación con la densidad del
medio.


Como el aire es comprimible, pero el tejido no lo es, y presiona contra la punta
del proyectil, la fuerza de frenado en el músculo es miles de veces mayor que la
del aire. El giro estabilizador que funciona bien en el aire falla al aplicarlo para
estabilizar este proyectil en un medio mucho más denso.

Dependiendo de la forma del proyectil, algunos se tumban con el impacto,
invirtiendo su orientación de forma tal que la porción más pesada de la bala se
desplaza hacia delante y luego vuelve a estabilizarse nuevamente con su base
hacia adelante.

La fuerza del movimiento correctivo es la misma que la que se produce en la
estabilización de una flecha, pero en este caso, hace girar al proyectil sobre sí
mismo.

Cuando un proyectil gira dentro del blanco impactado, abandona su trayectoria
recta y se desvía lateralmente.

Si tiene un encamisado completo (Full Metal Jacket-FMJ) y es relativamente
lento, es seguro que se produzca este comportamiento. Las balas de fusiles
militares cabecean dentro del tejido ya que su rotación mantiene su punta hacia
delante cuando vuelan, pero es insuficiente para mantener esa posición en este
otro medio, tarde o temprano giran para lograr un equilibrio en su centro de
masa. En general, un proyectil FMJ calibre 7,62mm a 800 metros/segundo (2600
pies/segundo) se desvía en ángulo recto luego de penetrar unos 25 a 30 cm
dentro de la carne.

Algunos proyectiles (el 7.62x51mm Nato alemán, por ejemplo) se parten, cuando
tuercen su trayectoria, ya que su superficie expuesta se cuadruplica y la camisa
se fractura en su parte media, que es la más débil: la marca de crimp o cintura
ranurada.

La parte delantera, casi el 50% de su masa, se mantiene unido, mientras que la
parte trasera o base del proyectil, se divide en esquirlas.

El más pequeño y veloz 5,7x45 Nato (.223 Rem) se fractura el rango de
velocidades entre 820 metros/segundo (2700 pies/segundo) a 970 metros/
segundo (3190 pies/segundo), fragmentándose más a altas velocidades y menos
a velocidades más bajas. Estos proyectiles militares una vez fragmentados y sus
esquirlas se desplazan en forma desestabilizada. Por encima de los 1000 metros/
segundo (3300 pies/segundo), todos los proyectiles FMJ se fragmentan. Sus
núcleos aplican fuerzas enormes a sus secciones transversales como para que
resistan las fuerzas de penetración aplicadas.


Estabilización de Hombro
Los proyectiles militares o los que tienen una pequeña punta hueca en su
extremo diseñados para competición, como los Lapua Scenar o los Sierra
Matchking, no son la elección adecuada para aplicarlos en la caza mayor.
Contrariamente a la creencia general, cuando cualquier proyectil semiencamisado,
sea round nose, spitzer o simplemente de punta plana o flat nose,
impacta en el animal, el efecto es el mismo.

Al instante del impacto se produce en la parte media frontal del proyectil la
mencionada presión de penetración. La presión en el centro y en la mitad
transversal del proyectil es incremental en ese sentido y menor en las regiones
externas del proyectil. Por encima de los 150 metros/segundo (500 pies/
segundo), el proyectil desplaza el tejido hacia el frente y hacia los costados. En
algún punto, el tejido que está siendo empujado se desplaza de la superficie
frontal del proyectil, dejando una cavidad temporaria vacía de corta duración. De
esta forma el proyectil contacta a la carne solamente a través de su sección
frontal. Los lados y la porción posterior no tienen contacto en absoluto. El ángulo
"d" es de aproximadamente 35°.


El plomo del proyectil, a tan altas presiones generadas por
las altas velocidades de un cartucho de fusil, al impactar
una presa, soportan tales fuerzas con poca resistencia
tensional, piense en este caso como si el plomo se
comportara como un líquido. Qué significa esto? Cómo se
distribuyen las fuerzas en un líquido a diferencia de un
sólido?

En un liquido la presión se distribuye uniformemente en
todas direcciones. Esto significa que las fuerzas dirigidas
se aplican tambien a los lados y a la parte trasera del
proyectil. El proyectil todavía en vuelo encuentra dos
fuerzas dominantes. Pimero la masa interna del proyectil
empuja desde atrás hacia delante. Segundo, por el tejido
que lo frena, la parte frontal encuentra una resistencia a la penetración. De esta
forma tiene un trozo de plomo blando, sostenido solamente por un encamisado
no muy grueso ni resistente volando a 800 metros/segundo (2600 pies/
segundo), recibiendo una fuerza de 3200 kp/cm² (45.000 psi) por cada
centímetro cuadrado de proyectil sobre una camisa de 0,6mm de espesor.
Demasiado!


Una camisa de 1 centímetro de espesor de
latón puede soportar 4.800 Kp/cm² (68.000
psi). Una de 0,6 mm se romperá antes, esto es
0,6 mm / 10 mm = 0,06 veces la presión, que
resulta ser 288 bar (4100 psi). O alredededor
de 250 m/segundo (820 pies/segundo) en un
proyectil muy pequeño.

En la práctica, los proyectiles comprendidos entre 5 y 10mm de calibre (.20 y .40
de pulgada) , debido a la disminución de la presión sobre sus caras exteriores,
solo a altas velocidades rompen su encamisado. Los cálculos gruesos aquí
mostrados asumen simplificadamente factores que deben verificarse
concretamente.

De cualquier forma: el impacto aplana la punta. La figura anterior muestra lo que
ocurre con todos los proyectiles semi-encamisados. El material que forma una
punta demasiado aguzada, con poco soporte lateral, fluye hacia atrás del
proyectil, disparando esquirlas dentro de la carne, hasta que se alcanza un
equilibrio de fuerzas. La forma final del proyectil es siempre la misma: plana
como una moneda. La explicación física reside en que fluyen isobaras elípticas
sobre una superficie plana. El proyectil antes mostrado es el Sako Super
Hammerhead, ya conocido en el año 1920 y luego analizado por Prandtl, el padre
de toda la mecánica de fluídos.


Ahora podemos analizar la estabilización del proyectil en
su contínua penetración en el animal. La máxima presión
de penetración se determina en el extremo de su punta.
Si el proyectil se tumba un poco, uno de sus hombros se
mueve hacia delante, mientras que el hombro opuesto se
desplaza hacia atrás. De esta forma el punto de
resistencia se mueve sobre la punta un cierto grado sobre
el hombro que ha quedado adelantado, generando la
mayor presión allí, ahora desplazada del centro del eje
del proyectil. Las fuerzas que se ejercen resultantes
desplazan nuevamente al proyectil inclinado a una
posición de equilibrio. Para el proyectil que comenzó a
inclinarse el movimiento ejercido por la presión de
penetración se denomina: "estabilización del hombro"
Todo cazador observa, cuando recupera un proyectil
disparado del tipo semi-encamisado, que ha impactado en un animal, una forma
curva tipica, usualmente denominada "de hongo". Ahora uno se pregunta, qué
curvatura debe tener el hongo para garantizar una estabilizacion de hombro?
Considere una esfera alrededor de un proyectil cilíndrico. El centro de masa y el
centro de la esfera residen en el mismo punto. Como la punta y la base están en
una burbuja de vapor, la carne no toca más esos extremos, las únicas fuerzas
actuantes son las de la presión de penetración y de la masa frenante contra la
presión en un área.

Esto también es fuerza. Cuando en este caso específico el proyectil se tuerce
respecto de su centro de masa, la superficie esférica permanece igual y
equivalente. Así, cualquier superficie redondeada, que sobresalga más que esta
esfera, desestabilizará al proyectil. Las otras superficies planas estabilizarán en
su hombro. La mejor curvatura para lograr una estabilización de hombro, es en
consecuencia plana o el proyectil debe ser cilíndrico, tan simple como eso.
Los proyectiles de punta redonda (usualmente
denominados round nose) exponen su parte central
mucho más que el modelo anterior de la esfera máxima.


La esfera, indicada por el delgado radio sobre el proyectil
cilíndrico, indica que no se producirá estabilización del
hombro. Las puntas tradicionales round nose, una media
esfera tangencialmente acoplada a un cilindro es
ligeramente más amplia.

Las dos líneas que forman un ángulo de 35 grados al eje de vuelo, muestran el
límite entre la carne que está siendo empujada y el vapor de agua: la cavidad
temporal está comprendida dentro de este espacio. La carne no toca
completamente a la punta redonda. Por consiguiente, la punta redonda no logra
estabilización de hombro, ya que no lo posee. Simplemente como eso. Como la
estabilización por giro es insuficiente en la carne, todo proyectil de punta
redonda eventualmente se volteará luego de un recorrido dado dentro del blanco,
luego se desviará de su trayectoria hacia cualquier lugar dentro del cuerpo.
Simplemente no puede confiar en que una punta roundnose mantendrá un
recorrido recto en el tejido del animal.


Si el proyectil tipo round nose es suficientemente blando para
aplanarse cuando impacta en el blanco, entonces se obtendrá
en ese momento un nuevo perfil de punta, tal como ocurre
con cualquier otra punta semi-encamisada.

Por lo tanto, para la caza mayor de animales pesados, deben
elegirse las monolíticas o sólidas no deformables y no las
round nose que no son para nada estables. Si dispara sobre
presas de huesos gruesos y pesados, las monolíticas deben
ser de bronce o cobre. Cualquier cosa menos rígida se
aplanará contra hueso a las velocidades normales. Recuerde: todas las puntas de
los proyectiles deben quedar planas como un plato o como una lente (con un
ligero grado de curvatura) para lograr estabilizacion de hombro: en caso
contrario, se tumbarán.
Efecto en el blanco
Los proyectiles militares FMJ o aquellos que poseen un pequeño orificio en su
extremo (cercanas a ser tipo FMJ) no se fragmentan a velocidades moderadas, el
plomo no fluye hacia afuera, no se modifica el extremo de la punta a una forma
de lente, para permitir la estabilización de hombro, en consecuencia, luego de
recorrer 10 o 15 cm, se tumban, y luego se estabilizan nuevamente hasta que su
parte más pesada, la trasera, vuela hacia delante, revirtiendo su orientación
original de vuelo. Para alcanzar una nueva fuerza de equilibrio en forma
estabilizada necesitan normalmente unos 50 cm.

Puntas de plomo Semi Encamisadas
Qué ocurre con el animal cuando un proyectil de rifle de punta blanda impacta la
piel? A velocidades por encima de los 800 metros/segundo (2600 pies/segundo),
la presión de penetración al momento del impacto presiona al plomo hacia los
lados, fuera del proyectil, dentro de la carne.

El proyectil propiamente dicho comienza a fragmentarse en pequeños proyectiles
secundarios de plomo. Estas esquirlas miden usualmente en 1 y 3mm de
diámetro y 1mm de espesor, pesando entre 10 y 90 miligramos (0,01-0,09g o
0.15 grains a 1.4 grains). Como se desplazan con rapidez no son para nada
inofensivas. Tienen capacidad para perforar la carne o mucho más en el tejido
liviano y comprimible de los pulmones. Cualquier hueso detendrá estas esquirlas
aproximadamente a 1mm de perforación.

Simultáneamente, el proyectil al liberar esquirlas, pierde peso. Esta pérdida de
peso depende de dos factores. El primero está dado por la velocidad de impacto
del proyectil principal. El segundo depende de cuán grueso es el espesor del
encamisado y del material con que está construído.