La Paradoja de la Doble goma

Paseandome por el mundo de google me encontre con este articulo bien interezante sobre las prestaciones que se alcanzan en un fusil añadiendo o no ligas (gomas)

fue escrito originalmente por Filippo Anglani 14.11.2007
Artículo original en italiano: IL PARADOSSO DEL DOPPIO ELASTICO

Aqui se los dejo y espero que les pueda servir de algo :-)

En el siguiente articulo hace una reflexión sobre lo necesario para aprovechar un fusil de doble goma. No te pierdas esta información.

LA PARADOJA DE LA DOBLE GOMA

En Octubre de 2006, una vez realizadas las pruebas en piscina en la ciudad de Silvi, Italia del grupo de amigos que allí probamos nuestros fusiles que me hago las siguientes reflexiones:

¿Cómo es posible que fusiles de madera de doble goma hayan obtenido prácticamente todos prestaciones similares, incluso en algunos casos inferiores al monogoma por excelencia, el Mr. Carbón?

¿Por qué el aumento de la potencia instalada no ha producido un aumento proporcional de las prestaciones del arma?

¿Es realmente la guía integral la responsable de la disipación de un porcentaje tan elevado de la energía disponible?

¿Cómo el prototipo de “Roller” del compañero Pakkio ha obtenido un resultado excepcional si se compara con los otros fusiles de la prueba?

Como siempre, para resolver un problema, prefiero utilizar una aproximación determinista y la teoría en la que se basa el experimento debe estar siempre apoyada por la experimentación.

Para ello he realizado una serie de pruebas en el taller, filmando los resultados en el “acuario” de pruebas de tiro con la videocámara y analizando posteriormente los fotogramas (obtenidos cada 1/25 de segundo) contra una escala métrica dispuesta a lo largo de esta piscina de pruebas. Realizando algunas pruebas (al menos 3 pruebas por cada configuración de fusil) se puede obtener la velocidad instantánea de la flecha a cada distancia (esto es, a los 2,3,4,5 metros de la punta del fusil) y consecuentemente la energía cinética ya que conocemos el peso de la flecha.

Se procede de la siguiente manera: el primer fotograma se descarta, ya que es muy difícil que coincida exactamente con el instante en el que se oprime el gatillo. Del segundo fotograma en adelante se determina la distancia que ha recorrido la flecha, usando la escala métrica delante de la cual la que se mueve, y se divide por el tiempo existente entre 2 fotogramas (1/25 de segundo en cámaras PAL). Esto nos da la velocidad del arpón en esa distancia. Repetido varias veces nos da un diagrama de la velocidad.


Una de las conclusiones mas interesantes obtenidas, y que escribo en mayúsculas, es la siguiente:

CON LOS FUSILES DE GOMAS NORMALES HAY UNA VELOCIDAD LIMITE QUE NO SE PUEDE SUPERAR Y QUE DEPENDE, EN ORDEN DE PRIORIDAD, DE LOS SIGUIENTES FACTORES:

1.- EL PESO DE LA FLECHA
2.- LA LONGITUD DEL ARMA
3.- DEL TIPO DE PROPULSION (TIPO DE ELASTICO)

PERO QUE NO DEPENDE DE LA FUERZA DE CARGA APLICADA

SEGÚN LA FLECHA EMPLEADA SE ALCANZA UNA VELOCIDAD (Y CONSECUENTEMENTE UNA ENERGÍA CINETICA) MAXIMA QUE NO VARIA AUNQUE SE DUPLIQUE O SE TRIPLIQUE LA POTENCIA INSTALADA.

¿Por qué los fusiles de madera con doble elástico tienen las mismas prestaciones del Mr. Carbón? Con varilla de 6,5 mm es inútil aumentar de potencia el montaje ya que la misma no será transmitida a la flecha, se alcanzará el valor límite y después todo el exceso de energía se disipará en pérdidas hidrodinámicas. En este caso, la contribución de la guía integral a la pérdida de energía puede suponerse insignificante)

He realizado las pruebas comenzando con un fusil de madera de 75cm, doble elástico y flecha de 6mm. Y si se quita una goma el diagrama de velocidad es prácticamente el mismo. Es la paradoja de un proyectil sin peso lanzado por algo muy potente, nunca alcanzará la energía cinética de una pieza equivalente pero pesada.

Esto, en el fusil, es el responsable de una pérdida del 5%, que se debe a que las gomas deben ir inclinadas con respecto al fuste del fusil. Con gomas paralelas a la flecha este porcentaje se reduce hasta valores no significativos.

Después he probado la flecha de 6,5mm con una y dos gomas. Las diferencias de velocidad son mínimas y no justifican el aumento de la fuerza de carga instalada. También he aplicado una tercera goma al fusil de 75 (tenía una flecha con los enganches adecuados) y he obtenido los mismos valores que con la doble goma –IDENTICOS-. La flecha ha obtenido su velocidad limite y se pueden poner cuatro elásticos que la situación no cambiará.

Para hacer cambiar algo, debo AUMENTAR EL PESO DEL LA FLECHA (O CAMBIAR LA LONGITUD DEL MONTAJE, USANDO POR TANTO UN FUSIL MAS LARGO)

Por tanto la solución: La doble goma tiene sentido si la flecha es más pesada: de esta manera puede alcanzar su velocidad límite (que de todas maneras no supera y que es mas o menos igual a la del caso precedente, esto es para el 75 cerca de 25 metros por segundo a 2 metros de distancia) que ya que la flecha pesa más significará una mayor energía cinética y por tanto mayor ALCANCE Y PENETRACION.

Doble goma sí, pero con flecha de 7mm. Haciendo las pruebas pertinentes desde fusiles de 60cm hasta fusiles de 106cm, todas conducen al mismo resultado.

Para el fusil MiniminiFilo (doble elástico de 60cm) ha bastado aumentar la masa de la flecha (pasando de 90 a 96 cm. de largo) para modificar dramáticamente (para mejor) las prestaciones. A este punto se podría averiguar lo que obtendría con flecha de 7mm en este fusil, pero no he hecho la prueba.

Tú mismo puedes hacer la siguiente prueba, pon 1,2,3 o 4 gomas a tu fusil de madera y dispara a la garrafa llena de arena bajo el agua. Verás que en TODOS los casos la penetración será la misma que la del disparo realizado con un solo elástico. O si me apuras, un poco mejor, pero tan poco que no justifica el aumento de la carga aplicada.

Se concluye que la flecha, responsable del 80% de la balística de tiro con un fusil de gomas, alcanza su velocidad límite y no va más allá.

En otras palabras, si deseamos ver la diferencia que produce la doble goma, debemos usar una flecha de 7mm que será igual de veloz (sobre todo en la parte final del tiro) y mucho más penetrante.

A partir de este punto, la equivalencia con los fusiles monogoma no tiene ya sentido.

Todos los fusiles de madera con doble goma de la reunión realizada en Italia por Bluworld en octubre de 2006 tenían la flecha de 7mm.

Por tanto la única comparación que se puede hacer es coger un buen fusil de madera con monogoma circular y varilla de 6,5mm y compararlo con el Mr. Carbón (con misma longitud, misma goma y misma varilla). Veremos que este último tiene prestaciones mejores porque el proyecto de ese fusil ha minimizado y optimizado todas las pérdidas. Otra comparación no es realizable. Si metemos una varilla de 7mm y doble goma sobre el madero estamos hablando de otro fusil, mas potente, pero también mas pesado y menos manejable.

Una variación que aparece usando el doble goma se produce en la aceleración de la flecha.

Me explico, con la formula de Newton, fuerza igual a masa por aceleración, F=m*a, si duplico la fuerza poniendo 2 gomas y mantengo la masa usando la misma flecha, la aceleración se duplica también. No se duplica la velocidad, se duplica la aceleración.

Esto es, para pasar de cero a la velocidad máxima de la flecha, por ejemplo 27 metros por segundo, en un monogoma tendremos un tiempo de por ejemplo una décima de segundo y en el doble goma de media décima de segundo. Pero la flecha siempre llegará a 27 metros por segundo y no superará esa velocidad.

Con el doble goma, la flecha llega más rápidamente a la velocidad límite, pero no la supera. Y esto lo hace siempre antes de que el arpón salga del fusil.

Procediendo con lógica, los fusiles bluewater oceánicos para pesca de grandes ejemplares tienen una flecha de 8 a 10 milímetros de diámetro y 4 o más gomas ya que deben de conseguir impulsar una flecha con gran masa a una velocidad adecuada. Menos de 20 metros por segundo podría permitir que un pez muy rápido la esquivase. Pero con esa masa garantizan un alcance y una penetración tremenda.

Atención: No basta con meter una goma más en cualquier fusil aunque variemos la flecha. Este debe nacer con la masa adecuada para gestionar la carga. De otra manera tendremos una nueva desilusión buena parte de la energía útil será disipada y absorbida como retroceso.


El caso del Roller (concretamente el fusil proto-roller del compañero Pakkio)

No he realizado pruebas y por tanto no tengo la evidencia experimental (y no he observado el roller en la piscina de Silvi, Italia). Me ayudo con la teoría. La velocidad en un fusil de gomas viene dada por (además que por la masa de la flecha) la forma del montaje y del tipo de propulsión, por tanto de la longitud del tramo útil de extensión del elástico. Por tanto a paridad de carga “F”, fusiles mas largos conseguirán velocidades mayores ya que mayor es el tramo de alargamiento del elástico. ¿Cómo hago para aumentar la velocidad mas allá de los limites dados por la construcción del arma? Debo aumentar el tramo útil de extensión del elástico … debo meter en serie las gomas (y no en paralelo como con los doble goma) …. Tengo que hacer un roller … donde los elásticos se disponen uno a continuación del otro (esto es, un único elástico pero mas largo). De esa manera puedo superar la velocidad límite de la configuración típica de un fusil de gomas y conseguir una mayor. Pero ¿cuánto mayor?

Esto no lo sé y no creo que el roller pueda superar la velocidad de los neumáticos (pero no tengo, repito, la evidencia experimental). Pero sí superan la velocidad de la construcción “tradicional”.

El caso del neumático

¿Por qué, entonces, al velocidad límite del fusil de gomas es, decíamos, de 27 metros por segundo mientras que la de los fusiles neumáticos que trabajan con el cañón seco de agua (Mamba, mambizados, Kara-yo, Tovarich y similares) es de cerca de 37 metros por segundo?

Por un lado la flecha de los neumáticos es más ligera. La de 125 centímetros y 7mm pesa 380 gramos mientras que la de un arbalete de 106 cm. de fuste tiene 140 centímetros de largo y pesa 450 gramos en diámetro 7mm.

El fusil de aire tiene, por construcción, una forma de entrega de la energía diferente. La expansión de repente del aire a presión es más parecida a una explosión controlada y sobre todo, la cantidad de energía liberada es mayor (cerca de 230 julios de energía en un fusil de 110 de aire frente a los 170 julios del 106 doble goma). Por ello, si la flecha pesa menos, la velocidad es mayor si se compara con la del fusil de gomas clásico.

Si se quiere una analogía, pensemos en una bella ballesta y en un pequeño cañoncito de los usados para disparar un arpón para la pesca del pez espada … a parida de peso del proyectil, creo que la idea esta clara.

Quizá si se pudiese usar una bombona de alta presión (supongamos 200 atmósferas) … quizás la velocidad de la flecha de 7mm superaría los 40 metros por segundo …. o quizás no.

Pero yo creo que el límite físico es ese.