The Airgun From Trigger to Muzzle - Tradução Parte II

[Alberto José]

“It is a surprising thing that very often a subjet that appears on first sight to be so simple, often, on further study, turns out to be very complicated. This statement is exceptionally true when applied to the spring air weapon, as we found out when we first began to investigate the subject some five years ago.”

“É uma coisa surpreendente que muitas vezes um assunto que à primeira vista parece ser tão simples, às vezes, em um estudo mais aprofundado, acaba por ser muito complicado. Esta afirmação é excepcionalmente verdadeira quando aplicada às armas de ar de ação por mola, como descobrimos quando começamos a investigar pela primeira vez este assunto há cerca de cinco anos atrás.”

G. V. Cardew

 

LInk para download

 

http://www.mediafire.com/download/5mcemcyutrm/The+Air+Gun+From+Trigger+To+Muzzle_s.pdf

 

Nota: é importante destacar que este livro se concentra no estudo de um rifle de ar comprimido de ação por mola, típico dos anos 70 e com bucha de couro.

 

Nota do tradutor: alguns termos e frases empregadas no livro foram traduzidos, sempre buscando preservar o trabalho original, o que pode gerar dúvidas ao leitor quanto a tradução correta. Neste caso, peço que compare o parágrafo original no idioma inglês e se puder me envie por MP, uma redação segundo o seu entendimento da tradução do parágrafo e não o seu entendimento técnico sobre o assunto.

 

Conteúdo

Prefácio

Parte I 

Capítulo 1 - Introdução e Sequenciamento

Capítulo 2 - A Mola Helicoidal

Capítulo 3 - O Pistão (Êmbolo)

Capítulo 4 - O Ar

Capítulo 5 - A Porta de Transferência (“Transfer Port”)

Parte II

Capítulo 6 - O cano ("barrel")

Capítulo 7 - O Recuo ("recoil")

Capítulo 8 - O Lubrificante

Capítulo 9 - Eficiência

Parte III

Capítulo 10 - Cronógrafos 

 

Capítulo 6 - O Cano

Quando falamos do cano de uma arma de ar, nos referimos a todo o tubo que estende para trás da boca do cano até a culatra no ponto onde o projétil está assentado pronto para ser disparado. Embora possa parecer desnecessário fazer uma definição tão óbvia, o fizemos para deixar bem claro que nós incluímos a seção do furo que detém o projétil antes de ser "disparado". É, na verdade, esta pequena seção que ajuda a determinar a consistência da arma, mas isso será discutido mais tarde; vamos primeiro dar uma olhada no tema polêmico que é o comprimento do cano.

Nós solucionamos uma grande quantidade de problemas sobre o estudo de comprimento do cano, assim que percebemos que a maior parte da teoria atual sobre armas de ar era derivada de princípios aplicados às armas de fogo. Esta comparação é completamente desprovida de cunho científico, bem como qualquer outra comparação entre armas de fogo e armas de ar, no estudo de balística interna. No caso da arma de fogo, o projétil é acelerado ao longo de todo o comprimento do cano. Isto é conseguido através da otimização do projeto e escolha do elemento propulsor usado no cartucho que foi cuidadosamente feito para queimar-se durante todo o tempo em que o projétil permanece no cano. Desta forma, os gases produzidos pela combustão da carga de propelente são capazes de manter uma pressão constante na base do projétil fornecendo uma quantidade enorme de energia. Infelizmente, a arma de ar é severamente deficiente nesse ponto uma vez que existe apenas uma quantidade muito limitada de energia para acelerar o projétil e que é praticamente toda transmitida ao projétil nas primeiras cinco polegadas (127mm) ou pouco mais do cano. Depois desta distância, o projétil nem perde e tampouco ganha velocidade até que percorrida uma distância de cerca de seja coberta por mais de vinte e cinco polegadas (645mm) ou pouco mais, após o que, começa a desacelerar-se devido ao atrito com a parede do cano e também por conta da resistência do volume de ar que está a sua frente.

A partir disso, fica claro que uma arma de ar com um cano longo não é mais potente do que uma idêntica com um cano mais curto.

Esta afirmação baseia-se no gráfico da Figura 6.1, que mostra a aceleração de um projétil calibre . 22 (5,5mm) através do canol. A partir deste gráfico pode-se observar que o projétil é acelerado durante as primeiras cinco polegadas centímetros de seu curso, enquanto que o restante do percurso é realizado a uma velocidade constante.

Figura 6.1 Aceleração de bala calibre 5,5 milímetros

A razão para isto é que a velocidade constante é devido ao fluxo de ar crítico que surgiu através do TP, devido à pressão reduzida no interior do cilindro. Este fluxo crítico como já mencionado no capítulo anterior, significa que o ar agora só pode fluir em determinada velocidade, por isso o projétil é apenas transportado em uma velocidade constante e não acelerado.

O gráfico na Figura 6.1 foi obtido mediante a utilização do cano de aparência estranha mostrado na parte inferior da figura 6.2. Ele tinha furos em sua parede em intervalos de uma polegada (2,54mm) ao longo de toda sua extensão, em cada um desses pequenos orifícios foi introduzida uma bucha de material isolante, e em cada uma dessas buchass, foi aparafusado um parafuso de dimensões reduzidas, mas de medida precisa, de modo que a sua ponta permanecesse perfeitamente alinhada com o núcleo interior do cano. Com este estranho dispositivo, foi possível estabelecer a posição do projétil, ao longo do cano durante a sua passagem, uma vez que, um contato elétrico fica estabelecido entre o parafuso eletricamente isolado pela bucha e a passagem do projétil pelas paredes dalma do cano. Acoplando-se este dispositivo com o nosso cronógrafo eletrônico, foi possível estabelecer o tempo necessário para o projétil percorrer as várias seções do cano. Esta peça experimental do equipamento pode ser acoplada até qualquer número de seções do cano prolongável mostrado no topo da figura 6.2. Por este processo, pudemos estudar canos de até cinco pés (152,4cm) de comprimento. Nesse comprimento, ocorreu uma queda na velocidade, embora mínima; mas a experiência foi bem interessante, uma vez que provrou sem dúvida que um cano longo não é a chave para a alta velocidade.

Pode ser útil, neste momento, tecer algumas palavras sobre outros tipos de armas de ar comprimido, como armas pneumáticas e também de CO₂ que utilizam um gás pré-comprimido, armazenado em um tanque, para acelerar o projétil. Embora não tenhamos feito um estudo detalhado de tais armas, parece ser bastante claro que elas se enquadram em uma classe própria, no que diz respeito à balística interna. Elas não podem ser enquadradas como armas de fogo, uma vez que inexiste um processo de combustão para fornecer energia. O único impulso é dado ao projétil é devido a expansão do gás através da válvula quando você aperta o gatilho. Normalmente, a cada abertura da válvula é a passagem de um grande volume de gás, de modo que o cano longo é uma vantagem, porque dá mais tempo para o gás se expandir e transferir a sua energia ao projétil. Provavelmente, parte do CO₂ que passa através da válvula está ainda no estado líquido, e, portanto, necessita de calor, a fim de se converter em um gás e expandir. O calor pode ser coletado somente através das paredes do cano e, portanto, quanto maior for o cano, dentro de um limite razoável, mais eficiente será a conversão da energia contida no gás para impulsionar o projétil.

Agora, as armas que são acionadas por gás comprimido não podem ser enquadradas com armas de acionamento por mola. A arma de mola é um caso único, que depende do projétil ter um ajuste sem folgas na culatra de modo a desenvolver uma pressão atrás de si. Esta capacidade de um projétil permanecer colado às paredes do cano, enquanto o êmbolo produz um aumento de pressã e em seguida, iniciar o movimento no momento crítico correto é provavelmente fator mais importante para o bom desempenho de uma espingarda de mola. Qualquer um que já tenha possuído uma arma de ar terá sido aconselhado a tentar "isto" ou "aquilo", usar uma determinada marca de “chumbinho”, porque eles funcionaram tão bem em tal carabina. A razão para experimentar diferentes tipos de projéteis é encontrar um adequado, para este cano especial, que inicie o seu movimento no momento de maior pressão.

Uma vez que percebemos a importância deste ponto, começamos a investigá-lo através de experimentos mais detalhados. Em primeiro lugar, verificamos o que chamamos de “pressão estática" necessária para iniciar o movimento do projétil pelo cano, através de vários formatos de culatra. Nós emendamos segmentos curtos de cano a uma bomba de óleo de operação manual de modo a poder aumentar gradualmente a pressão atrás do projétil, enquanto que ao mesmo tempo, observamos o aumento da pressão através de um manômetro. À medida que a pressão atingiu o ponto no qual o projétil iniciou seu movimento ao longo do cano, o manômetro acusou uma queda de pressão, porém a pressão máxima obtida em cada caso pode ser observada.

Figura 6.2 Canos experimentais

Cada uma das seções de cano tinha uma culatra usinada com formato diferente, por isso não foi difícil comparar as pressões estáticas de liberação do projétil (máxima pressão observada antes da ocorrência da queda de pressão) para os vários tipos de culatra, utilizando-se projéteis padronizados. Também foi possível investigar as pressões alcançadas por projéteis com a saia estufada e também com saia amassada. Depois de verificar esse fator, cada cano foi, então, montado na arma experimental e seu desempenho medido com o cronógrafo. No entanto, deve-se enfatizar que esta é apenas a pressão estática experimental, e que este teste hidráulico é feito a uma escala de eventos muito mais lenta do que o que realmente ocorre no interior da arma. A pressão real (dinâmica) de partida do projétil, é cerca de três vezes o valor medido por nós.

Os resultados obtidos, na média de 20 tiros, estão listados abaixo:

É evidente a partir destes resultados que a pressão estática maior de 444 psi foi também a que produziu a velocidade máxima, e que isso foi conseguido por uma culatra com um chanfro levemente arredondado e polido na culatra. Isto é ilustrado na Fig. 6.3.

Figura 6.3 O projétil na culatra

É, possível ocorrer uma situação em que o projétil entra muito apertado na culatra, na qual ele começa a se mover apenas depois de atingir a pressão máxima, quando a pressão no cilindro já diminuiu, resultando em uma velocidade inicial mais baixa. Este fato pode ser comprovado expandindo-se as saias de alguns projéteis além de dimensões razoáveis, em seguida, verificando-se as suas velocidades.

Agora, a razão pela qual uma culatra em ângulo reto produz uma baixa pressão e, portanto, uma baixa velocidade é porque, em vez de acomodar a saia do projétil, um anel de chumbo da saia é cortado, esta “amputação” da saia, obviamente, exige menos força do que a acomodação da saia para dentro do furo.

Conclui-se a partir destas experiências que, no momento do disparo, a saia do projétil deve primeiro aderir a borda do furo do cano (culatra), em seguida, como a pressão por detrás se eleva, a saia é retraída até que se torne com as mesmas dimensões que a alma do cano, Neste ponto o projétil inicia o seu movimento e é acelerado dentro do cano com a pressão máxima por trás dele.

Uma vantagem adicional advém do formato correto da culatra; a velocidade final é muito mais consistente. Encontramos uma variação de 2% em um determinado número de tiros, usando a culatra com o formato correto, enquanto os outros formatos mostraram uma variação de 6%. Obviamente esta pode ser considerada uma melhoria substancial. É provável que esta variação de 2% seja devido a diferenças entre os projéteis.

A vantagem de se gastar um pouco de tempo experimentando diferentes marcas de projéteis pode ser vista através da fotografia de dois projéteis (Figura 6.4), a qual o mostra o resultado da passagem de dois projéteis idênticos através de canos diferentes.

Figura 6.4

O projétil da esquerda mostra estrias profundamente impressas na cabeça, enquanto que a saia entrou tão apertada no furo, que material (“chumbo”) foi retirado (" dragged backwards" - arrastado para trás) - claramente um caso de se ter que usar um projétil de diâmetro ligeiramente menor.

Agora, o outro à direita da ilustração traz leves estrias em sua cabeça, mas uma saia bem marcada. Este projétil teve um bom ajuste (“casou bem”) com o cano utilizado e terá resultado em uma velocidade máxima.

Um bom guia para determinar se um projétil tem bom ajuste, é experimentá-lo inserindo-o pela boca do cano da arma em questão, se ele entra sem força excessiva e pode ser facilmente removido, deixando apenas uma ligeira impressão de linhas na cabeça, então tem uma boa chance de ser o projétil de tamanho adequado para esse cano. Se, por outro lado, entra excessivamente apertado ou frouxo, tente projétil de outro fabricante. Ao mesmo tempo, deve-se observar se a saia do projétil possui diâmetro suficiente para sobrepor a culatra corretamente.

Um ponto a ter em mente ao realizar o teste acima é que algumas carabinas de fabricantes renomados, são equipadas com o que chamamos de "cano estrangulado” (“pinched barrel”). Nesta configuração, o diâmetro do cano é constrito em sua última polegada (25,4mm) ou menos (“choked”), este estrangulamento surpreendente reduz o diâmetro em cerca de 4/1000 de uma polegada (0,1016mm). Fomos informados de que, embora isto reduza a velocidade do projétil, isto aumenta a precisão da arma. Uma vez que a precisão está fora do escopo do presente trabalho, não houve tentativas para comprovar a veracidade desta afirmação.

A maioria do nosso trabalho no presente capítulo foi feito usando cano liso. Esta simplificação foi adotada para facilitar o acoplamento das várias seções de cano e, é claro, por facilidade de fabricação. Mas, obviamente, a comparação com alguns resultados com o uso de um cano raiado era necessária uma vez que é necessário energia para girar o projétil e esta energia despendida poderia influenciar na velocidade inicial.

Ficamos surpresos ao descobrir que tão pouca energia é necessária para girar o projétil tipo diabolo e que era impossível detectar a perda de velocidade quando se utiliza um cano estriado. Um ponto que talvez, vale a pena mencionar neste capítulo é que os canos são estriados, a fim de aumentar a precisão por ação giroscópica que o projétil adquire ao passar pelas estrias do cano raiado. Percebemos, no entanto, que todos os projéteis disparados de cano de alma lisa “pousaram” corretamente, com a cabeça em primeiro lugar, e exatamente na mesma posição que os disparados através de canos raiados! O que nos faz perguntar se as estrias são realmente necessárias quando se utiliza projéteis tipo diabolo que parecem ter características de serem auto estabilizadores. Um assunto para pesquisa e investigações futuras ...

No entanto, como um pensamento final, ainda sobre o assunto canos, é interessante considerar por um momento uma arma que é formada por um único cano e algo mais, a zarabatana. As incríveis façanhas de alcance e precisão a elas creditadas são ainda mais surpreendentes quando se percebe o quanto é difícil produzir uma libra por polegada quadrada de pressão (1 psi – 0,069 bar) quando se sopra o tubo. Há relatos de membros de uma tribo que são capazes de abater pequenos pássaros e animais a distâncias consideráveis sem fazer uso de dardos envenenados. O segredo é que a zarabatana baseia-se no seu comprimento e o tamanho dos pulmões do caçador para produzir a velocidade útil. Considerando que o rifle de ar operado por mola emprega um projétil de encaixe bem ajustado para produzir um pequeno volume de ar altamente comprimido atrás de si, o dardo da zarabatana tem um ajuste muito solto no furo para permitir que os pulmões do caçador mantenham uma aceleração constante ao longo do tubo. Em outras palavras, a zarabatana se baseia em um grande volume de ar a baixa pressão constante, em vez de um pequeno volume a pressão elevada.

Sem dúvida, o comprimento do tubo (zarabatana) é desenvolvido para o máximo de acordo com o tamanho dos pulmões do caçador, enquanto que, ao mesmo tempo mantendo um volume pequeno, reduzindo-se o calibre para o menor tamanho prático que pode ser feito. O peso dos dardos também é desenvolvido por tentativa e erro, mas o sucesso da combinação final é mundialmente famoso.

Capítulo 7 - O recuo

Este capítulo tem muito pouco a ver com os anteriores, de fato, nós nos perguntamos se valeria a pena, escrever. Mas, uma vez que tivemos o trabalho de investigar o recuo de um rifle de ar, alguns leitores podem achar que os resultados sejam de seu interesse.

Tem sido dito muitas vezes que uma das principais vantagens de qualquer arma de ar é que ela não tem recuo. Tal afirmação obviamente não é verdadeira, cada arma de ar tem uma certa quantidade, mas na maioria dos casos é tão pequena a ponto de ser insignificante. No livro do Sr. Wesley (Wesley L. “Airgun and Air Pistols), ele conta a história de uma divertida aventura com um rifle de ar de grande calibre, o recuo foi grande o suficiente para quase derrubá-lo. Nas espingardas atuais de pequeno calibre, operadas por mola, o peso do projétil é tão pequeno que o recuo pode não ser sentido quando a arma é disparada. Na realidade, a pequena quantidade de recuo que existe é geralmente completamente mascarada pelo empurrão do êmbolo que o acelera no cilindro para frente e depois quica (”bounces”) para trás sobre a almofada de ar.

Outro ponto sobre o recuo, sobre o qual muitas vezes há confusão, é o momento em que ele realmente ocorre. Costuma-se dizer que a arma não se move até que o projétil saia pelo cano. Mais uma vez, esta afirmação não é verdadeira. O movimento de recuo começa no momento em que o projétil começa seu movimento dentro do cano. A fim de tornar este conceito o mais caro possível, imagine uma arma que tem sido construída com o material mais leve disponível, carregada com um projétil que é feita a partir do material mais pesado possível. É perfeitamente óbvio que, no instante do disparo, a arma vai tentar se mover para trás em relação ao projétil e que o recuo terá começado naquele ponto. Ele não vai esperar até que o projétil saia do cano, a despeito de uma série de argumentos em contrário.

Em um rifle esportivo que utiliza um cartucho de alta pressão, existe um efeito foguete causado pela energia emitida pelos gases proveniente da queima à medida que emergem da boca do cano. Isso contribui para o “coice” de tal arma, mas não tem relevância no mundo das armas de ar.

Há terceira causa de recuo, o que novamente pode ser ignorado no que se refere às armas de ar. Quando o projétil é acelerado dentro do cano, determinada quantidade de ar é deslocada à sua frente, este ar tem uma massa definida e deve, portanto, causar recuo.

Então, vamos agora para um pouco de teoria sobre o assunto, porque ocorre o recuo a todo custo? Tudo decorre da Terceira Lei de Newton, (Ação e Reação), que afirma: "Para cada ação há uma reação igual e oposta". Já estabelecemos que existem três fatores envolvidos. O primeiro é a aceleração do projétil a partir do seu estado de repouso para a velocidade máxima atingida à medida que sai do cano da arma. A segunda é a expansão do ar na boca do cano imediatamente após a saída do projétil. Isto pode ser claramente visto na Figura 9.8. A terceira é a aceleração do ar no interior do cano, atrás do projétil, a velocidade que deve ser considerada como sendo cerca de metade da velocidade do projétil na boca do cano. Mas, novamente, o recuo resultante desta pequena quantidade de ar não tem efeito mensurável sobre as armas em discussão.

Vamos agora considerar o primeiro desses três elementos em maiores detalhes, que é a reação à aceleração na frente do projétil. Pela terceira lei de Newton, a pressão que empurra o projétil para frente, dentro do cano, é a mesma pressão que empurra a arma para trás, causando o recuo, e pode atuar apenas durante o tempo em que o projétil permanece no cano. Agora pelo princípio da conservação da Quantidade de Movimento (Momento Linear), a quantidade de movimento do projétil é igual a sua velocidade multiplicada por sua massa, que por sua vez é igual a velocidade de recuo da arma multiplicado por sua massa (quantidade de movimento da arma).

Se considerarmos:

             M = massa da arma

m = massa do projétil

V = velocidade da arma

v = velocidade do projétil

Pela lei da conservação da quantidade de movimento:

             v . m = M . V;

Sendo massa = (peso / aceleração da gravidade) = W / g

Então temos:

            (w.v) / g = (W.V) / g onde W = peso da arma e w = peso do projétil

Sendo o valor de g igual e constante para ambos arma e projétil, temos:

w.v = W.V Equação (1)

Então:

V = (w.v) / W

Podemos agora calcular a velocidade do recuo, e portanto a energia transmitida à arma pela reação à aceleração do projétil.

             Peso da arma (W) = 6.625 lbf = 29,5N = 3,0 kgf

Peso do projétil 0,22 (w) = 0,00214 lbf = 0,0095N = 0,00097 kgf = 0,97 gf

Velocidade do projétil (v) = 430 fps = 131,0 m / s

Substituindo-se os valores:

              V = (0,00214 x 430) / 6,625 = 0,1389 fps

A partir da equação de energia cinética:

Ec = (W.V²) / 2g

Em que W é o peso e V é a velocidade de recuo da arma.

Ec = [6,625 x (0,1389)²] / (2 x 32,16)

Ec = 0,001987 ft.lbf

Em unidades métricas:

V=0,04234 m/s

Ec= 0,00269Joules

Esta é, obviamente, uma quantidade de energia muito pequena e insignificante, quando comparado com a energia total armazenada na mola, ou quando comparada com a energia cinética do projétil. Por conseguinte, esta pode ser omitida da maioria dos cálculos de armas de ar, uma vez que variáveis, tais como a forma do projétil, terá mais efeito mais significativo.

Sendo pessoas de cunho prático, não poderíamos definir toda a investigação do recuo dependendo de uma solução puramente matemática, então montamos a arma para nos dar alguns resultados práticos. Suspendemos a arma por dois conjuntos de cabos de tal forma que no momento do tiro, o cano permanecesse em nível e assim também durante a oscilação provocada pelo recuo. Nós então fixamos um ponteiro ao lado da arma e colocou-se uma escala em uma posição fixa ao lado. A partir de então, era uma simples questão de fotografar a escala e o ponteiro no momento do disparo para determinar a quantidade exata de recuo. Nós disparamos a arma por meio de um solenóide montado sobre a extremidade, o solenóide foi posicionado de modo que os seus movimentos não causassem nenhum efeito sobre as leituras de recuo.

Após o disparo, a arma oscilou para trás e para frente como um pêndulo, uma vez que o comprimento dos cabos de suporte são conhecidos, a quantidade de oscilação pode ser calculada através da aplicação de matemática de modo a mostrar o quanto de energia foi gasta em recuo . É evidente a partir da equação (1) que um disparo de calibre .177 (4,5mm) produzirá menos oscilação, e, por conseguinte, de recuo, em comparação com um projétil de calibre .22 (5,5mm) que é mais pesado. A partir de nossas experiências, descobrimos que um projétil .22 (5,5mm) pesando 15 grains (0,972g) produziu um balanço de 0,4 polegadas (10,16mm) em nosso rifle pesando 6,625 lbf (3,0 kgf) quando foi suspenso por cordas de 22 polegadas (55,9cm) de comprimento.

No diagrama abaixo, o movimento horizontal para trás máxima é de 0,4 polegadas (10,16mm), assim, AD = 0,4” e BA e BC correspondem aos comprimentos dos cabos de sustentação, neste caso, de 22 polegadas 558,8cmm).

Assim, a distância BC = (y + x) = 22 polegadas.

Uma vez que o triângulo ABD é um triângulo retângulo, aplicando-se o Teorema de Pitágoras:

BA² – BD² + AD²

22² = BD² + 0,4²

Entretanto BD = x = BC - y = 22 – y, logo

22² = (22 – y)² + 0,4²

y² - 44y + 0,16 = 0

Resolvendo-se esta equação do 2º grau, temos

y = 0,0036367 pol

y = 0,0003 ft

Como y é a altura máxima a que foi levantado o rifle, a energia potencial que tinha neste altura era igual ao seu peso multiplicado por esta altura.

Ep = W.h

Onde W = peso da arma e h = y

Ep = 6,625 x 0,0003

Ep = 0,002 ft.lbf

Convertendo-se a energia potencial para a unidade do sistema métrico:

Ep = 0,0027 Joules

Assim, esta é a quantidade total de energia usada para empurrar o rifle para trás, obtido a partir desta experiência. Ela é tão pequena que pode ser desprezada quando se considera as perdas de energia como um todo. No entanto, é interessante notar que este valor é ligeiramente maior do que o valor calculado anteriormente, utilizando-se o cálculo matemático devido a reação à aceleração na frente do projétil. A diferença entre os dois valores é provavelmente produzida pelo "efeito foguete" da expansão do ar após o projétil ter deixado o cano. Este recuo de valor de energia muito pequeno causado por este efeito, obviamente só pode ser determinado experimentalmente, e não pode ser detectado pelo atirador.

Decidimos então, tentar isolar o "efeito foguete" também através de um experimento prático. Fizemos um “freio de boca” para ser montado sobre a boca do cano. Este dispositivo usado pelos militares para reduzir o recuo de seus rifles, inverte o fluxo de gases que é expelido pela boca do cano. Na nossa versão, o freio é uma extensão de cano, aumentando o seu comprimento original de cerca de duas polegadas (50,8mm), três pequenos orifícios foram perfurados a um ângulo de 30º e posicionados de forma que o fluxo de ar que sai foi desviado para trás. A expansão do ar, evidentemente ocorre durante o instante em que o projétil já está a cerca de duas polegadas da boca do cano. No entanto, os resultados foram desapontadores, e, provavelmente, com razão, em vista da pressão relativamente baixa e volume de ar disponível na boca do cano de um rifle de ar. Nós esperávamos seríamos capazes de detectar uma diferença na oscilação do rifle suspenso nas duas condições, com e se, o freio de boca montado. Mas os valores das leituras eram muito próximos um do outro, para faz qualquer diferença perceptível. Assim é a vida de um pesquisador.

O assim denominado recuo em rifles de ar, na verdade, é causado pela ação e reação do pistão, e foi propositadamente ignorado até este ponto. Isto é porque o recuo causado pelas partes móveis da arma não é um recuo no sentido da aceitação da palavra. Este é, de fato, o movimento da arma para trás, seguido imediatamente por um movimento para frente. O movimento para trás é iniciado no instante da liberação do êmbolo, porque medida que a mola força o êmbolo para frente, também deve necessariamente forçar o resto da arma para trás. Agora, no nosso caso em particular, o êmbolo levou cerca de dezessete milissegundos para percorrer o todo o percurso na câmara de compressão do cilindro. Assim, em algum momento antes de ele chegar à parte da frente do cilindro, é sido violentamente retardado por uma almofada de ar, esta desaceleração do pistão é transmitida ao resto da arma, sob a forma de um movimento brusco para a frente que, que chega com tanta rapidez, logo após o movimento para trás anterior, produzindo o “tranco” típico das armas de ar comprimido por ação de mola.

Como já foi mencionado no Capítulo 3 - O Pistão, sabemos que a magnitude do “tranco” aumenta quando o peso do pistão é aumentado.

Este empurrão para frente é particularmente visível quando uma mira telescópica (luneta) é montada no cilindro de uma espingarda de ar. Depois de alguns tiros você verá que a luneta se moveu para trás (opondo-se em direção contrária ao movimento da arma). Portanto, deve-se tomar cuidado para assegurar que a luneta esteja firmemente presa pelo seu suporte.

Capítulo 8 - O lubrificante

É extremamente importante lubrificar corretamente as partes móveis de uma arma de ar. No entanto, é igualmente importante lubrificá-la adequadamente, sem exageros. Um rifle de ar deve ser tratado como um instrumento, tal qual um relógio. Se este estiver com lubrificação insuficiente, todas as partes móveis friccionam causando um desgaste desnecessário que, finalmente, resulta em dano total. Por outro lado, se for demasiado lubrificado, poeira e sujidades se acumulam no óleo e atuam como um abrasivo, reduzindo a vida do mecanismo. Além disso, o óleo carregado de sujeira torna-se mais viscoso e retarda o movimento do mecanismo.

Vale a pena considerar por um momento a razão pela qual é necessário lubrificar qualquer máquina. Quando as superfícies deslizam uma sobre a outra, sem que haja qualquer forma de lubrificação entre elas, diz-se que a máquina trabalha “a seco”. A resistência ao deslizamento sob estas condições é proporcional à força de pressão das duas superfícies que estão em contato. Além disso, o material que é utilizado na superfície de contato influencia a resistência ao deslizamento ou atrito. Este atrito é causada por dois fatores; soldadura temporária das “cristas” em contato de ambas as superfícies, a interferência entre as saliências de uma superfície com as ranhuras da outra.

Quando as superfícies são lubrificadas. Uma gama de condições é introduzida, e o atrito entre eles é muito reduzido, uma vez que se torna dependente das propriedades do lubrificante ao invés do material das superfícies. A propriedade do óleo lubrificante que influencia a resistência ao movimento de uma superfície sobre outra é principalmente a sua viscosidade, é este fator que determina a facilidade com a qual as camadas das lâminas de lubrificante sobre os seus vizinhos.

Um bom lubrificante deve manter a sua viscosidade e as características gerais por um longo período de tempo. No entanto, sob a influência do ar, a maior parte dos óleos tendem a oxidar e deteriorar-se.

Este problema deve ser completamente entendido por entusiastas de armas de ar, pois a maioria dos pontos de lubrificação em armas de ar está em contato com a atmosfera. O óleo deve, portanto, ser capaz de manter a sua condição original durante longos períodos enquanto em contacto com o vento e as intempéries. Uma massa lubrificante pode ser descrita como o óleo em um agente espessante, da mesma maneira como uma esponja armazena água. A consistência da massa depende do tipo de agente espessante utilizado, mas, novamente, como o óleo, a sua viscosidade depende da temperatura. Além disso, as graxas oxidam se submetidas a temperaturas elevadas ou no caso de exposição prolongada à atmosfera.

A arma de ar deve ser lubrificada em qualquer ponto onde haja movimento das partes mecânicas, tais como o mecanismo de gatilho e as articulações da alavanca de armar.

Existem muitas marcas de lubrificantes no mercado, vendidos principalmente para o uso em armas. Estes óleos normalmente contêm aditivos para combater a umidade e ferrugem e são ideais para uso sobre os pinos e as ligações de armas de ar. Mas o lubrificante para o pistão deve ser escolhido com grande cuidado, uma vez que vai ser submetido a condições extremas de pressão e temperatura.

A maioria dos óleos minerais, ou mesmo uma graxa, certamente vai se inflamar dentro do cilindro quando ocorrer o aumento de pressão e da temperatura. Tal ignição irá produzir um tiro de velocidade excepcionalmente alta, este fenômeno, em uma arma de ar é comumente chamado de efeito diesel (“dieseling”).

Os transientes de pressão de um tiro diesel podem ser visto claramente nas Figuras 8.1 a 8.3. É interessante comparar estes traços com o que foi mostrado na fig. 4.1, que é a onda de pressão produzida pelo ar sem qualquer efeito diesel presente.

As Figuras 8.1 e 8.2 mostram os traços registrados no osciloscópio, quando ocorre um efeito diesel violento. Quando ocorrem explosões desta magnitude, o projétil sai do cano a uma velocidade fantástica, aproximando-se em algumas ocasiões, à velocidade do som.

Figura 8.1 Efeito Diesel violento (a)

Figura 8.2 Efeito Diesel violento (b)

A Figura 8.3, no entanto, mostra um efeito diesel que em geral ocorre em quase todas as situações em que uma arma de ar é lubrificada com óleo mineral. Este tipo de efeito diesel de menor magnitude é difícil de detectar, sem o uso de algum tipo de dispositivo de medição de velocidade, a sua ocorrência se torna conhecida apenas por um aumento na velocidade em relação aos tiros normais.

Figura 8.3 Efeito Diesel típico.

Uma vez que os transientes de pressão causados pelo efeito diesel ocorrem no lado descendente das ondas de pressão, (Nota: o efeito diesel ocorre após o pico de pressão alcançado apenas no ar, comparar Figuras 8.1 e 8.2 com a Figura 4.1, e isso mostra que a picos devido ao efeito diesel ocorrem após o primeiro pico da curva, isto é, eles estão todos na parte descendente da curva) a explicação para um tiro diesel pode ser a seguinte: Quando o pistão vem para frente, a pressão e a temperatura, ambos aumentam para um valor muito elevado, mas, quando o pistão quica (“bounces”), eles são drasticamente reduzidos e qualquer óleo deslocado pelo pistão é imediatamente vaporizado pela expansão súbita. Agora, a temperatura no seu máximo é alta o suficiente para causar o surgimento de pequenas partículas incandescentes de sujeira ou de minúsculos pedaços da bucha do êmbolo. São estes grãos incandescentes ou combustão espontânea do lubrificante, que fazem com que o óleo vaporizado seja ignitado, produzindo o aumento da pressão enquanto o traçado registrado já está no seu lado descendente. Essa queima provoca um aumento na pressão por trás do projétil, resultando em uma velocidade mais elevada do que o normal. Os picos subsequentes sobre o traço são evidências de ondas de choque refletidas dentro do cilindro.

Embora o efeito diesel resulte em um aumento da velocidade, e à primeira vista pode parecer ser uma vantagem, na realidade, é um aumento incontrolável e, portanto, prejudicial a precisão do tiro. Mesmo se fosse possível controlar o efeito diesel, e, assim, produzir um aumento uniforme de velocidade, seria um ganho insignificante pois a arma deixaria de ser uma arma de ar e se tornaria uma arma de fogo.

Além disso, em um rifle com efeito diesel, o óleo que foi queimado no interior do cilindro forma um resíduo gomoso capaz de reduzir a velocidade do pistão. As partículas de fuligem resultantes promoveriam ainda mais o efeito diesel.

Queríamos ver o que realmente acontece dentro do cilindro no momento em que ocorre o efeito diesel, por isso nós removemos o transdutor de pressão e substituindo-o por uma tampa de acrílico. O disparo do rifle excessivamente lubrificao foi realizado em uma sala escura; ficamos muito satisfeitos ao ver toda a tampa iluminado por um clarão branco brilhante, indicando que um efeito diesel ocorreu. O som da arma e a leitura do cronógrafo confirmaram essa observação.

Os lubrificantes a base de bissulfeto de molibdênio (MoS₂) são amplamente utilizados para praticamente qualquer aplicação que se pode pensar. No entanto, quando aplicado ao pistão e cilindro de uma arma de ar, é necessário um grande cuidado na escolha de um lubrificante, o MoS₂ deve estar suspenso num óleo cujo ponto de inflamabilidade deve ser suficientemente elevado para evitar a ocorrência do efeito diesel. O "Moly" que você compra para uso no carro não é adequado para este uso. Estes lubrificantes apresentam teores corretos de MOS₂, mas deve-se utilizar os produtos específicos para armas de ar comprimido. Uma coisa que todos os lubrificantes MoS₂ têm em comum é que eles não são adequados ao manuseio (sujam as mãos) e são, portanto, só é adequados para superfícies internas que não terão contato manual durante o uso normal da arma.

O óleo de silicone, por outro lado é muito limpo e tem excelentes propriedades anti-diesel, ponto de inflamabilidade elevado, é um lubrificante ideal para ser usado em buchas de couro, mas esta é a sua única finalidade. Ele não é um lubrificante para uso em superfícies de contato metal / metal, portanto, não é adequado para uso nas partes móveis do pistão ou mola.

Uma mistura de óleo de bissulfeto de molibdênio e de silicone seria um bom compromisso, mas é difícil de manter o pó de molibdênio em suspensão no óleo, uma vez que tende a separar-se. É sempre o problema do manuseamento desta substância negra.

Voltando ao início deste capítulo, fica claro que a lubrificação de alguma forma ou de outra é de fundamental importância. Ao longo dos anos nós nos encontramos com muitos entusiastas que têm suas próprias idéias sobre o melhor lubrificante ou "mistura" de lubrificantes para atender um rifle de ar. A escolha final parece ser uma questão de escolha pessoal, apoiada pela experiência, uma vez que cada tipo de lubrificante comum tem suas próprias vantagens e desvantagens específicas.

Destes vários lubrificantes, poucos são adequados para utilização no cilindro de uma arma de ar. Durante o nosso programa de experimentos com os óleos, chegamos a perceber que existem lubrificantes sintéticos sofisticados, não prontamente disponíveis, que atendam as exigências do entusiasta de armas de ar. Estes lubrificantes sintéticos, fabricados a partir de óleos sintéticos, em geral têm uma gama muito maior de aplicação. E quando se trata de alta pressão e temperatura, alguns deles produzem melhores resultados do que os óleos minerais.

Trabalhando em conjunto com uma grande empresa petrolífera, conseguimos encontrar um excelente lubrificante sintético que é produzido na forma de um gel. Este tem propriedades muito boas de lubrificação e também um ponto de inflamabilidade muito elevado. Graças às suas propriedades peculiares, o gel forma uma camada sobre as superfícies de trabalho produzindo uma boa lubrificação e durabilidade excepcional que adere perfeitamente a superfície onde é aplicado. Por ter um ponto de inflamabilidade elevado, o efeito diesel é quase inexistente e, qualquer gel excedente que é recolhido pela bucha executa uma função muito útil lubrificando o projétil à medida que passa pelo TP. Este gel não deve, no entanto, ser utilizado em conjunto com um óleo mineral normal, porque isso irá prejudicar as suas propriedades. Isso não deve ser um problema, uma vez que preenche todos os requisitos de um lubrificante para armas de ar comprimido, incluindo propriedades de lubrificante metal sobre metal e anti-ferrugem.

Capítulo 9 – Eficiência

A eficiência mecânica de toda a máquina é a razão entre o trabalho útil obtido, em comparação com o trabalho introduzido, a saber, e o trabalho gasto para o funcionamento da máquina. Esta proporção é normalmente expressa como uma percentagem, da seguinte forma:

(Trabalho produzido / Trabalho empregado) x 100 = Eficiência (%)

Neste livro temos considerado o trabalho empregado em um rifle de ar, como sendo a quantidade de energia que está contida na mola depois a arma foi engatilhada, e não a energia que é necessária para comprimir a mola na posição engatilhada. Esta energia é maior do que a da mola, uma vez que existe sempre uma perda por atrito no eixo e nas superfícies que estão em contato entre si. Não fizemos um estudo das perdas no sistema de ligação mecânica, tais como alavancas e travas, uma vez que os vários fabricantes empregam mecanismos ligeiramente diferentes entre si, e, por conseguinte, a eficiência mecânica varia de acordo com o modelo.

O trabalho produzido é igual à quantidade de energia contida pelo projétil quando sai pela boca do cano (energia cinética). Isso é chamado de "energia na boca do cano", e assim como a energia da mola é medido em ft.lbf (pés.libra-força) no sistema internacional, é medida em N.m (Newton.metros – conhecida também como Joule)

A partir dos resultados numéricos obtidos nos capítulos anteriores, podemos agora verificar a eficiência da nossa arma de teste.

Energia armazenada na mola. (Figura 2.1) = 20,4 ft.lbf.

Velocidade na boca do cano, utilizando-se projétil de 14,5 grains = 430 fps

Em seguida, a partir da Figura 1.1, a energia na boca do cano = 5,95 ft.lbf.

Assim, temos para a Eficiência (5,95 / 20,4) x 100 = 29%

Este valor impressiona pois aparenta ser extremamente baixo, mas todas as armas testadas produziram aproximadamente o mesmo rendimento, entre 25% e 35%. A variação depende principalmente das dimensões físicas da arma.

Vamos agora examinar em detalhe, uma de cada vez, todas as áreas de perda de energia já mencionado ao longo do livro, e também uma ou duas outras rotas de fuga de energia. A soma de todas estas perdas é que reduze o rendimento global para um valor baixo de 30%. A Figura 9.1 mostra um gráfico esquemático que converte a energia potencial contida na mola comprimida quando engatilhada para a energia cinética do projétil na boca do cano. Este diagrama de aparência um pouco complexa é, talvez, o gráfico mais importante em todo o livro, uma vez que a partir dele pode ser determinada a distribuição de energia do sistema, em qualquer instante durante o período de tempo a partir do gatilho sendo puxado, até que o pistão finalmente venha a repousar no final do cilindro.

Figura 9.1 Gráfico da distribuição de energia

Cada curva está identificada por uma seta, para mostrar o elemento particular da arma que ele representa, a curva preta grossa que corre ao longo da parte superior, representa a quantidade total de energia útil contida no sistema a qualquer instante. O eixo vertical mostra a energia em ft.lbf, cuja escala está marcada no lado esquerdo, por conveniência, e no lado direito a escala da eficiência em percentual. O eixo horizontal representa o tempo em milissegundos (milésimos de segundo) a partir do instante em que o êmbolo começa a se deslocar.

A mola

A mola principal é sem dúvida o componente mais eficiente de arma de ar, uma vez que retorna praticamente toda a energia armazenada durante a fase de armamento.

A partir do momento em que o gatilho é puxado, a mola transfere ao pistão, o montante total de energia que estava armazenada, e consegue fazer isso de modo muito uniforme, assim, a sua queda de energia é representada por uma linha quase reta que começa a partir do topo do gráfico, no ponto em que a mola contém 20,4 ft.lbf, até o ponto mais baixo, em que já não contém qualquer energia , neste momento o pistão comprime o ar em sua pressão máxima.

No entanto, quando o êmbolo “quica”, a mola é comprimida de novo, pelo ar que se expande, e esta quantidade de energia é desperdiçada. Os problemas associados com a tentativa de evitar esta perda de energia já foram descritas no Capítulo 3 – O Pistão.

As pequenas perdas de energia, que ocorrem na mola são as perdas por atrito, uma vez que a mola entra em atrito com os lados do êmbolo e as suas bobinas de girar ligeiramente sobre a expansão. No entanto, numa arma bem oleado estas perdas são insignificantes.

As pequenas perdas de energia que ocorrem na mola estão associadas com o atrito, uma vez que a mola entra em atrito com as laterais do pistão e também seus elos se destorcem quando ela se expande. No entanto, em uma arma bem lubrificada essas perdas são insignificantes.

O pistão

No capítulo sobre os pistões se aludiu ao fato de que, a fim de produzir uma vedação sem fugas entre o pistão e a parede do cilindro, um pistão deve produzir um certo atrito com a parede do cilindro. Este atrito é, portanto, uma perda de energia, que é a principal causa da queda da energia total durante os primeiros 7 milissegundos do avanço para a frente do pistão, durante este tempo cerca de 3 ft.lbf de energia é perdida. A parte desta perda por atrito pode , naturalmente, ser minimizada através do uso de um bom lubrificante.

Voltando à linha que representa a energia contida no êmbolo, pode ser visto que a mola transfere a sua energia para o pistão, a uma taxa uniforme, durante os primeiros 6 milissegundos do seu curso. Olhando-se na curva do ar abaixo, nota-se claramente que a transferência dessa energia para o ar é a uma taxa uniforme. Mas uma vez que você passar a referência gráfica de 6 milissegundos, vê-se que o pistão desacelera rapidamente. A rápida desaceleração do pistão é causada pelo aumento igualmente rápida da pressão do ar em frente do mesmo. Este tipo de compressão é chamado adiabático e já foi mencionado anteriormente no Capítulo 4 – O Ar. Nesse capítulo foi mencionado que uma compressão adiabática ocorre sem perda de calor.

Agora todos nós entendemos que se um gás é aquecido. ele expande-se, e que, se ele é aquecido dentro de um recipiente fechado, a sua pressão irá subir uma vez que já não se pode expandir pois o recipiente impede a expansão. No nosso caso, estamos em uma situação em que ocorrem as duas coisas de uma só vez, primeiro, elevamos a pressão do ar por meio de uma compressão, e em segundo lugar, estamos elevando ainda mais a pressão do ar através do aquecimento causado por esta mesma compressão. Assim, ambos estes fatores somados, fazem o êmbolo desacelerar rapidamente, resultando na queda acentuada da sua curva no gráfico. Ao mesmo o, o ar no cilindro foi submetido a um aumento exponencial de energia, indicado pela subida acentuada da curva correspondente ao Ar no gráfico.

O ar

O balanço de energia em uma arma de ar é, sem dúvida, um assunto extremamente difícil e complexo para estudar, é preciso antes de tudo ter um conhecimento da teoria básica de gases: o ar é considerado como sendo composto por milhões de pequenas moléculas, todas se movendo de forma aleatória e colidindo umas com as outras dentro do espaço que o contém, no nosso caso, o cilindro. Quando o ar é comprimido, o mesmo número de moléculas é comprimido num espaço menor, o que aumenta o número de colisões entre as moléculas, bem como o ´número de colisões entre as moléculas e as paredes do cilindro. Quando o ar é comprimido pelo pistão, o trabalho é exercido nas suas moléculas, o que aumentam as suas velocidades, e, por conseguinte, a a sua energia cinética em massa é aumentada, esta adição de energia aparece sob a forma de um aumento da temperatura.

Como já foi dito, a compressão é adiabática e sem perda de energia térmica, por isso aumento da temperatura do ar, durante o curso de compressão torna-se novamente disponível para fazer o trabalho, durante a expansão do ar que impulsiona o projétil. No entanto, devido a certos fenômenos moleculares há atrações entre as moléculas que necessitam de energia para superá-los e, portanto, certa quantidade de energia é perdida em romper essas forças de atração. Esta perda de energia é dada ao fato de que o ar não é um “gás ideal", um gás teoricamente "ideal" não tem perdas de energia interna. Infelizmente, na natureza, não existe tal gás.

Cada gás individual é feito de moléculas diferentes, cada um com suas próprias características "não-ideal", de modo que experimentou com gases alternativos para ver se poderíamos encontrar um mais eficiente que o ar.

Nós sugamos uma carga de gás no interior do cilindro durante o carregamento da arma, garantindo assim um cilindro completamente cheio com o gás à pressão atmosférica, durante cada tiro. As curvas obtidas a partir do osciloscópio, dos transientes de pressão desses gases são mostradas nas Figuras 9.2 a 9.7. Estas curvas devem ser comparadas com a curva do na Figura 4.1. Uma vez que o curso do êmbolo é aproximadamente proporcional ao tempo e que a sua velocidade permaneceu a mesma ao longo da experiência, pode-se assumir que a área sob a curva representa a energia recebida pelo gás. O gás mais eficaz é, portanto, aquele com a maior área abaixo da linha. Nota-se que este gás é o nitrogênio, e isto é confirmado pelo fato de que a velocidade do projétil disparado por este gás é mais elevada (ver tabela abaixo).

Os números na parte inferior de cada coluna representam a velocidade média calculada em pés por segundo, para cada coluna específica.

Pode ser visto a partir desta tabela ar e o nitrogênio são mais eficientes para o uso em armas de ar de desenho convencional. Claro que é uma sorte, portanto, que o ar é o gás recomendado pelos fabricantes de espingarda de ar! Além disso, o ar é composto por 2/3 de nitrogênio.

Note-se também que o Freon 22 e Butano, produziram transientes de pressão muito estranhos, provavelmente, devido às suas propriedades físicas únicas, tais como viscosidade e calor específico, os quais influenciam a quantidade de energia armazenada durante a compressão.

Costuma-se dizer que um rifle de ar tem um desempenho melhor em um dia frio, clima quente reduz a sua eficiência. Enquanto estávamos experimentando vários gases, decidimos que o momento era propício para investigar cuidadosamente o efeito da temperatura sobre o desempenho de uma arma de ar. Primeiramente, envolvemos todo o cilindro com uma resistência elétrica e este foi aquecido mantendo-se a temperatura através da observação de um termómetro fixado ao cilindro. Antes de cada tiro foi, aram foi deixada em posição armada, o tempo suficiente para que o ar no interior do cilindro atingisse a mesma temperatura que o resto da arma. Ficamos surpresos ao descobrir que a velocidade não se alterou dentro da faixa normal de temperatura esperada em um dia de verão, mas acima desta temperatura, o efeito diesel (“diesilling”) persistente tornou impossível determinar se velocidade obtida era a verdadeira velocidade ou se era devido ao efeito diesel. A estas temperaturas, no entanto, a arma estava quente demais para segurar, por isso, esta questão é apenas de interesse acadêmico.

A nossa experiência seguinte consistiu de esfriamento do cilindro por injeção de líquido de arrefecimento numa camisa que envolveu o cilindro. Novamente, aguardamos tempo suficiente para o ar para assumir a mesma baixa temperatura que o resto da arma. As velocidades resultantes foram muito semelhantes às obtidas com a arma à temperatura normal, então chegamos à conclusão de que a temperatura, dentro de margens razoáveis de varição, tem pouco ou nenhum efeito sobre a balística interna de armas de ar.

Figura 9.2 Transiente do CO₂

Figura 9.3 Transiente do Argônio

Figura 9.4 Transiente do Butano

Figura 9.5 Transiente do Freon 22

Figura 9.6 Transiente do Nitrogênio

Figura 9.7 Transiente do Gás Encanado

A porta de transferência

Esta passagem estreita entre o cilindro e o projétil alojado na culatra, pode produzir perda de eficiência, porque, se não for adequadamente moldado que vai provocar a turbulência do ar que passa através dela, também, ser necessariamente pequena em diâmetro, que restringe o fluxo de ar. No entanto, a principal perda é devido às ondas de choque que são criadas na porta de transferência. A Figura 9.8 mostra o formato de uma onda de choque saindo da boca do cano. A determinação da quantidade real de energia perdida na porta de transferência, devida às ondas de choque, ultrapassa o nosso conhecimento e capacidade, mas são certamente um dos principais contribuintes para a queda violenta da curva da Energia Total que ocorre entre 7,2 e 9 milésimos de segundo no gráfico de energia, Figura 9.1.

Figura 9.8 Formato de uma onda de choque

O cano

Existe apenas uma perda significativa de eficiência que ocorre no cano que é devido ao formato da culatra, como mencionado no Capítulo 6 – O Cano. O formato deve ser tal que o projétil receba em sua saia, a aceleração máxima da pressão. Existem outras causas de perdas, como o atrito no cano e a energia necessária para girar o projétil pelas raias, mas que resultam em valores tão pequenos que podem ser ignorados.
A eficiência da arma de ar pode, contudo, ser um pouco aumentada usando um projétil de maior diâmetro:

Todas as leituras acima foram obtidas com uma entrada de energia de 18 ft.lbf.

Este ganho na eficiência pode ser confirmado através da aplicação das seguintes equações:

FORÇA = PRESSÃO x ÁREA, vamos multiplicar ambos os membros pela DISTÂNCIA.

FORÇA x DISTÂNCIA = PRESSÃO x ÁREA x DISTÂNCIA

Sabemos que o produto (Força x Distância) é a unidade de energia, então:

ENERGIA = PRESSÃO x ÁREA x DISTÂNCIA

Esta fórmula simples mostra que, a partir de considerações de ordem puramente mecânicas, o focinho de energia é um diretamente proporcional à pressão média no interior do cano, a área da saia do projétil e do comprimento do cano.

Uma análise mais aprofundada mostra que, se a pressão no cilindro permanece constante, desde que a potência da mola não seja alterada, a pressão média do cano diminui à medida que aumenta o seu comprimento. Esta situação é ainda agravada pelo reduzido diâmetro da porta de transferência e é a principal razão pela qual o projétil deixa de acelerar depois de cobrir as primeiras 6 polegadas (152,4 mm) ou mais de cano (ver Figura 6 1.).

Assim, podemos dizer que a pressão é "sobre" é inversamente proporcional à distância da bola a partir da boca do cano.

Podemos, portanto, dizer que a pressão é "aproximadamente" inversamente proporcional à distância do projétil a partir da boca do cano.

Desta forma:

PRESSÃO ? (1 / DISTÂNCIA) aproximadamente

ou:

PRESSURE x DISTÂNCIA = ‘CONSTANTE’

Assim, a partir da fórmula acima, substituindo-se PRESSÃO X DISTÂNCIA

ENERGIA ? ÁREA

Isto quer dizer que, dada uma determinada entrada de energia, a energia na boca da arma de ar é função somente do calibre e é em grande parte independente do peso do projétil.

O total

Então, resumindo, temos cinco funções na operação de nossa arma de ar que contribuem para a sua ineficiência, tornando a perda total de energia algo em torno de 71% da energia de entrada. Um rápido olhar sobre Figura 9.1 nos diz que não podemos culpar apenas um fator, já que ocorre um intercâmbio tão complexo de energia que a eficiência efetiva de cada função varia de milissegundos a milissegundo.

No entanto, algumas conclusões gerais podem ser tiradas:

A transferência de energia proveniente da mola, através do êmbolo para o ar é muito eficiente: cerca de 76%.

A transferência de energia do ar, através da porta de transferência, a bola, no entanto, não é tão boa: cerca de 37% dos 76% acima mencionados, o que significa que 29% do total da energia contida na mola, como já foi dito .

Podemos agora resumir as perdas de energia em cada uma das funções, muito aproximadamente, considerando-se a energia residual, (e, portanto, "perdida") no instante em que o projétil sai do cano.

Continuação no Tópico From Trigger to Muzzle - Tradução Parte I

 

Continuação no Tópico From Trigger to Muzzle - Tradução Parte III

Devido a limitação de número máximo de caracteres, a tradução foi dividida em tópicos distintos.

Editado Setembro 1, 2018 por Alberto José
Revisão da formatação

[Alberto José]

Tópico atualizado com tradução do seguinte conteúdo:

Parte II

Capítulo 6 - O Cano ("barrel")

Capítulo 7 - O Recuo ("recoil")

Capítulo 8 - O Lubrificante

Editado Junho 29, 2014 por Alberto José

[MarceloDG]

Simplesmente muito bom o conteúdo!!! Leva +1 pela boa vontade!!!!!

[Alberto José]

Tópico concluído com tradução do seguinte conteúdo:

Parte II

Capítulo 6 - O Cano ("barrel")

Capítulo 7 - O Recuo ("recoil")

Capítulo 8 - O Lubrificante

Capítulo 9 - Eficiência

Editado Julho 6, 2014 por Alberto José

[Ylram]

Tópico destacado.

[Danilo Scarabel]

Muito boa leitura. Obrigado por compartilhar.

[marco]

Cade? Não visualizo o típico

 

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