Sección I-C: Energía cinética
El cálculo de la energía cinética de un proyectil es bastante sencillo usando la siguiente ecuación:
KE = 1/2 m * v 2
dónde m es la masa del proyectil en kilogramos, y v es la velocidad en metros por segundo.
En Airsoft, en balística terminal, la energía de impacto en relación con el área de impacto es, en última instancia, lo que determina si un proyectil penetrará o no en un objetivo determinado. En el Reino Unido, por ejemplo, han determinado que un impacto superior a 1,35 Joules (con proyectiles de 6 mm) puede causar un daño grave (aunque no he podido encontrar más detalles sobre esto). Para garantizar aún más la seguridad, las distancias de juego mínimas recomendadas en este estudio (pásate por la Sección VI-C: Distancias recomendadas universales) permitidas para un máximo de energía de impacto no mayor de 1 Julio.
Por ejemplo, una bola de 0.25g y 6mm disparada a 358 fps tendrá una energía de 1.49 Julios, calculado de la siguiente manera:
KE = 1/2 m * v 2 = 0.5 * 0.00025 kg * 109 m/s2 = 1.49 kg * m2/s2 = 1.49 Joules
Como la bola se encuentra con arrastre a través de su trayectoria, la velocidad disminuye, como se muestra en la Figura I-C-01:
Al disminuir la velocidad, también lo hace la energía cinética. Para que una bola tenga un impacto seguro, su velocidad deberá disminuir hasta el punto en que su energía cinética sea inferior a 1 julio. Una bola de 0.25g tendrá 1 julio de energía a 293 fps. En la tabla anterior, podemos ver que la velocidad de la bola alcanzará los 293 fps en un rango de aproximadamente 21 pies (7 metros). Esto se puede ver ilustrado en la Figura I-C-02, en donde podemos ver que, a una distancia de aproximadamente 21 pies (7 metros), la bola de 0.25g ha alcanzado la marca de 1 Julio
La mayoría de los rifles de por debajo de 1.5 J son bastante uniformes en términos de energía en boca. En otras palabras, un rifle de serie que dispara bolas de 0.20g a 0.75 J, probablemente disparará bolas de 0.25g a 0.75 J. Para mantener la misma energía, una bola más pesada necesita moverse más lentamente. Un rifle con una energía en boca de 0.75 J disparará una bola de 0.20g a 285 fps, y la de 0.25 g a 255 fps. (Para calcular las velocidades para una misma energía, pásate por la Sección X-B: Calculadora de distancia mínima de seguridad / energía relativa.)
Para rifles por encima de 1.5 J, la energía en boca no siempre es constante para diferentes masas. Como se explica en la Sección VI-A: Determinación de energía en boca de cañón, las bolas más ligeras en rifles de alta energía, son -- particularmente en rifles de gas -- algunas veces salen del cañón antes de que hayan tenido la oportunidad de absorber toda la energía de la compresión del muelle o de la expansión del gas. Esto no se aplica para todos los modelos de rifles de alta potencia, pero ocurre tan a menudo que merece la pena comentarlo.
Una de las cosas más interesantes, algo de particular importancia cuando se determina la Distancia Mínima de Seguridad (MED), es que para energías en boca equivalentes, las bolas más pesadas disiparán la energía a un ritmo más lento. Hay dos razones para esto. La primera, que para energías en boca iguales, una bola de menor peso se moverá más rápido que una pesada. Como podrás ver en la Sección I-D-01: Fuerza de resistencia, la resistencia se incrementa con el cuadrado de la velocidad. Una bola moviéndose a 400 fps, por ejemplo, experimentará una resistencia considerablemente mayor que una bola a 300 fps. La segunda razón de que una bola pesada disipe la energía a un ritmo más lento, es que la deceleración que la bola experimenta es inversamente proporcional a la masa de la bola. Conforme se incrementa la masa, la tasa de desaceleración disminuye.
La suma de éstas razones pueden ser vistas en el gráfico de Disipación de Energía en la Figura I-C-03:
Si utilizáramos este gráfico para obtener una distancia de juego segura (nuevamente, determinado como el punto en el que la bola tiene menos de 1 J de energía cinética), podemos ver que la bola de 0.20g necesitaría un DMS de aproximadamente 17 pies (6 metros aproximadamente), mientras que la bola de 0.25g necesita una DMS de aproximadamente 21 pies (7 metros). Esto puede no parecer significativo, sin embargo, cuando se habla de rifles con muy alta potencias de salida, la discrepancia en DMS entre las bolas de diferentes pesos se vuelve tremendo.
La Figura I-C-04 representa tres bolas disparadas a la misma energía en boca 3.35 J, el equivalente a 600 fps con bolas de 0.20g
En éste caso, la bola de 0.20g habrá disipado bastante energía que es segura a una distancia de 51 pies (15.5 metros), mientras que la bola de 0.30g y la de 0.43g han alcanzado una distancia segura de unos 76 pies (23.1 metros) y 109 pies (33.22 metros), respectivamente. El significado de esto se discute con gran detalle en la Sección VI-C: Distancias recomendadas universales.
Otro ejemplo es observar las energías en boca que se requieren para una DMS de 60 pies (20 metros), como se muestra en la Figura I-C-05. Una vez más, la energía de impacto depende tanto del peso de la munición utilizada como de la energía en boca:
Para poner esos números en contexto, veamos a qué corresponden los valores cuando se trata del cronógrafo.
| Peso de la munición a ser usada (en gramos) | 0.20g | 0.25g | 0.30g | 0.43g | |
| Energía en boca (Julios) | 4.2 | 3.1 | 2.6 | 1.9 | |
| Velocidad de crono con bolas de 0.20g (fps) | 670 | 580 | 527 | 456 | |
| Velocidad para la munición dada (fps) | 670 | 519 | 430 | 311 | |
| DMS (Distancia Mínima de Seguridad) requerida (en pies) | 60 (20 metros) | 60 (20 metros) | 60 (20 metros) | 60 (20 metros) |
Si una persona llegara a un campo d ejuego con un rifle que en crono da 550 fps (con bolas de 0,20 g) y planea usar bolas de 0,30 g en la partida, lo más probable es que no pueda usarlo. Si otra jugador llega con un rifle que crona a 480 fps (con bolas de 0.20g) y planea usar bolas de 0.43g, de acuerdo con las reglas de muchos sitios, se le permitirá. En realidad, la persona que tiene el rifle con el cronaje a velocidad más alta (550 con 0.20) será más segura porque provocará menos daños al jugador contrario en sus impactos debido al peso (0.30g).
El punto es, y es pero que muy importante, cuando se determinan los límites de velocidad y las DMS, es tan importante restringir el peso de las municiones como restringir la velocidad de salida. En nuestro campo, nos pareció más importante aumentar los límites de velocidad utilizados por los francotiradores y, en cambio, imponer una fuerte restricción al peso de la munición utilizada (no se permite nada por encima de 0,30 g).
Otro punto de interés, es que la resistencia se ve afectada por el tamaño del proyectil -- especificamente su área ortogonal, o sección transversal - tal que la fuerza de resistencia aumenta de manera directamente proporcionalmente al aumento en el área frontal. Tiene sentido, entonces, darse cuenta de que las bolas de e 8 mm experimentarán una mayor resistencia en comparación con las bolas de 6 mm a igual masa y velocidad.
La Figura I-C-06 muestra la disipación de energía para una bola de 8mm de casi la misma masa:
2.81 Julios, energía en boca equivalente a 550 fps con bolas de 0.20g, se corresponden a una velocidad en boca de 375 fps con una bola de 0.43g y 6mm y 367 fps con bolas de 0.45g y 8mm BB. Incluso a pesar de que la bola de 8mm es ligeramente más pesada, en última instancia, disipa su energía a un ritmo considerablemente más rápido que la bola de 6 mm. En términos de distancias de juego seguras, la bola de 6 mm necesitaría una DMS de aproximadamente 94 pies (28.6 metros), mientras que la bola de 8 mm solo necesitaría una DMS de 57 pies (17.3 metros)
La Figura I-C-07 muestra la energía de disipación de varias bolas, todas disparadas a 1.49 Julios (el equivalente de 400 fps con bolas de 0.20g):
Ten en cuenta que la bola de 0,43g y 6 mm conserva mejor su energía. Las bolas de 8 mm disipan la energía a una velocidad similar a las de las bolas de 6 mm significativamente más ligeras.
Comparando las bolas de 6mm a las de 8mm, vemos que las de 0.34g y 8mm disipan la energía de la misma manera que las de 0.20g y 6mm, y las de 0.45g y 8mm disipan la energía de la misma manera que las de 0.25g y 6mm (la línea de las de 0.25g y 6mm BB es difícil de leer ya que está solapada por la linea de las de 0.45g y 8mm). Y todas esas cuatro bolas disipan la energía más rápidamente que cualquiera de las más pesadas de 6mm>0.26g. Pudiera parecer que la densidad es el factor que gobierna el porqué de que ciertas bolas la energía de manera más rápida que otras.Sin embargo, no existe una correlación directa entre la disipación de energía y la densidad. Más bien, la disipación de energía está relacionada con la disipación de la velocidad, que es una función de la velocidad inicial, el área frontal y la masa
Un punto adicional con respecto a los bolas de 8mm, es que son inherentemente más seguras que las de 6mm con energías de impacto iguales. Esto se remonta a la declaración original de que la energía de impacto en relación con el área de impacto es, en última instancia, lo que determina si un proyectil penetrará o no en un objetivo determinado. Al aumentar el área de impacto (y una bola de 8 mm tiene casi el doble del área de impacto que una de 6 mm), la energía de impacto se distribuye en un área más grande. Para muchos, esto parece contradictorio pero se explica en la Sección VI-B: Energía de impacto segura.
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