射击时,枪为什么会往后退?物理
动量守恒定律讲最清楚;将人与子弹视为一个系统,初始动量为零;子弹出射过程是内力,故子弹发射后系统总动量仍然为零;子弹质量为m, 速度为v,那么动量为mv ,设定此方向为正,那么就要有一个相反的动量与之平衡,设人的质量为M,人反向就有个速度为-V; (mv-MV=0)这就是后坐力的起源。当然由于子弹质量相对人来说很小,尽管子弹速度很高,但人向后的速度并不大,所以端着枪射击没大问题。
为什么很多电影里拔出手枪打枪之前都要拉一下再打
因为枪械在开火之前需要上膛呀,而“拉一下”这个动作就是上膛操作,它的意义是为击发弹簧蓄力,即通过射手拉动手枪套筒向后移动的动作将枪机挂起,当射手松手以后套筒在复进弹簧的作用力下向前移动复位,然后顺势将弹匣里的子弹顶进枪膛并完成闭锁,这一系列动作就称为“上膛”,即专业术语中的“推弹上膛”。
这时候手枪就完成了射击准备,射手只要扣下扳机,挂起的枪机就会被释放,枪机里的击针撞击在子弹的底火,子弹被击发,弹丸飞离枪械命中目标。
当子弹被击发以后,手枪的套筒会在后坐力的作用下向后运动,这时候枪机上的挂钩会顺势将空弹壳从膛内钩出抛弃,从而完成抛壳动作,同时顺势将枪机挂起。
当枪机向后运动至限位以后又会受到复进弹簧的作用力改变运动方向向前运动,这时候枪机会顺势做推弹上膛动作——将弹匣内的第二发子弹推入膛内并完成闭锁。
这就是现代手枪实现半自动射击的原理,枪机一直在做击发→抛壳→挂枪机→推弹上膛→击发这样的循环机械运动,而实现机械循环运动的条件就是上膛,没有上膛动作就缺失了具备“击发”的条件,手枪无法进行射击。
需要特别指出一点:并不是每次拔出手枪打枪之前都需要做“拉一下”的上膛操作,如果此之前手枪已经上过膛,那么拔枪以后打开保险即可扣动扳机进行射击,倘若在这种情况下再做上膛操作,那么枪膛内已经在膛待击的子弹将会被抛掉,相当于浪费了一发子弹。
那么问题就来了——手枪为什么一定要做“拉一下”的上膛操作才能具备击发条件呢?我们从以下几点来分析。
▼下图为正在进行快速反应射击训练的武警特战队士兵,他正在为即将进行实弹射击的92式9mm手枪作上膛操作,当上膛操作完成后即意味着手枪的击发弹簧已经蓄力、弹匣内的子弹已经入膛待击,这时候手枪就具备了击发条件。
枪械上膛的意义是为枪机的击发弹簧蓄力
手枪本质上是一个动力机械装置,它需要激发燃料产生动力来做功,这一点跟汽车颇为相似,汽车发动机在启动之前需要在电动机的带动下才能实现运转(启动机),并不是说给它加满油就能自行启动,所以没有启动机这样的外部动力输入,发动机就不具备发动的条件。
枪械同样如此,并不是说只要插上弹匣就具备击发条件,在击发之前的“拉一下”的上膛操作就属于为枪械输入外部动力,而这股动力将会在枪机的击发弹簧上储存起来,一旦弹簧释放蓄力,枪机的击针就会在弹簧的作用力下猛烈撞击子弹底火,子弹的发射药被底火点燃后发生爆燃,产生高温高压燃气驱动子弹高速运动,同时所产生的后坐力推动枪机后缩完成抛壳,并再次压缩弹簧蓄力,在复进的过程中完成推弹上膛动作,以此形成循环机械运动。
我们用国产92式手枪来举例说明:该型手枪采用半自动自由式枪机,击发机构为击锤回转式,使用9mm手枪弹。
该型手枪一共使用四个弹簧,第一个是位于手柄内的击锤弹簧,为击锤提供撞击动力;第二个弹簧位于枪管或者枪管下方的复进杆,它的作用是为枪机、套筒提供复进动力;第三个弹簧位于枪机内的撞针上,它为撞针提供撞击子弹底火时的动力;第四个弹簧位于扳机上,它为扳机复位提供动力。
我们重点来了解枪机内的那根弹簧:在上膛之前,这跟弹簧处于松懈状态,所以撞针没有任何动力可以使用,也就不具备击发子弹的能力。
当射手拉动手枪套筒做上膛动作时,这跟弹簧受到压迫开始曲卷,套筒被拉到限位时,枪机被限位挂住;当射手松手后,套筒在复进杆弹簧的作用力下弹回复位,而枪机由于已经被限位制约无法复位,因此枪机内的弹簧也就始终处于曲卷状态,并以这个状态将射手赋予的拉力储存下来。
射手拉动套头做的上膛动作可以视为赋予了枪械击发子弹的原动力,当枪械击发子弹以后,所产生的后坐力会重复枪机后缩、挂起的动作,这个时候枪机弹簧所蓄的力就来自于子弹的后坐力了,这就是枪械能实现自动/半自动循环射击的原理。
▼下图为54式手枪的剖面图,红色箭头指示的是该枪的击发弹簧,蓝色箭头指示的是复进弹簧,击发弹簧在“拉一下”上膛时被压迫曲卷蓄力,扳机扣动时释放动能驱动击针撞击子弹底火,子弹发射后再次被压迫,如此循环下去。
枪械本质上是一个弹簧机械装置
弹簧装置是我们日常生活中最常见机械装置,在我们牙牙学语时便开始接触这些机械装置了,比如说上发条的玩具车、毛绒玩具、机械式闹钟、手表等等。
这些东西的动力就来源于安装在内部的弹簧装置(发条也属于弹簧),它们的工作原理就是通过弹簧蓄力特性来储存人所给予的动能,再通过弹簧复位的形式释放机械能。
能量不会凭空产生,也不会凭空消失,如果没有人赋予的外力,弹簧装置就不会产生蓄力行为,那么玩具、手表就不会存在动力。
枪械也是一样的道理,尽管枪械最终是以燃烧子弹内的发射药来做功,但是在枪械获得外力赋予的原动力之前是不具备产生击发子弹所需动力的。
而这股赋予其原动力的外力就来自于人手对枪机产生的拉力,当拉力被输入到枪械内的弹簧装置时,弹簧以被压迫卷曲的形式将这股力量储存下来;当制约击发弹簧的因素被解除以后,弹簧装置就会以复位的形式释放所储存的能量,这股能量就是枪械击发子弹的原动力。
这一点与汽车发动机的启动原理颇为相似,发动机在启动时需要电动机带动旋转起来,然后点燃发动机缸体内的油气混合物,从而实现自动循环运行。
发动机启动的原动力就来自电动机赋予的能量,如果没有电动机这个外部动力的输入,发动机就无法启动运行。
手枪的击发弹簧装置就相当于发动机用于启动的电动机,它将外部输入的能量存储下来随时待击;当第一发子弹被击发以后,击发弹簧在后坐力的作用下再次被压迫曲卷蓄力,这时候弹簧所蓄的力就来自于枪械自身,这股力的获取标志着枪械自动循环运行的开始。
当弹匣内的子弹耗尽以后,枪机将会在击发完最后一发子弹时被空仓挂机机构挂起,这时候机枪里的击发弹簧也是处于曲卷蓄力状态的,它以空仓挂机的形式将最后一发子弹后坐力所赋予的动力储存下来,留给下个弹匣里的第一发子弹使用。
当新弹匣插入弹仓以后,射手按下空仓挂机释放键,枪机在复位的同时将弹匣内的第一发子弹推弹入膛,进而完成第二轮自动/半自动射击准备,这个过程中是不需要“拉一下”的上膛动作的,因为在上一个弹匣打完最后一发子弹时,击发动力已经被弹簧储存了。
需要注意的是:如果在插入新弹匣之前按下了空仓挂机释放键,那么枪械将会形成空枪膛现象,这时候枪械就终止了自动/半自动射击的循环功能。
这是因为枪机在空仓挂机被释放时未能推弹上膛,导致射手扣动扳机时击发弹簧被释放以后得不到子弹后坐力的蓄力,失去了击发子弹的动能,这个时候就需要重新做“拉一下”的上膛动作了。
▼下图为处于空仓挂机状态的手枪,红色箭头指示的是空仓挂机释放键,当打完弹匣内最后一发子弹以后,枪机被空仓挂机装置挂起时就是这个样子,这时候击发弹簧、复位弹簧均处于被压迫曲卷蓄力的状态,更换弹匣后按下空仓挂机释放键,套筒就会在复位弹簧的作用力下复位,顺势将弹匣内的第一发子弹推进膛内待击,而击发弹簧则始终处于蓄力状态,直到射手扣动扳机才会释力。
所以我们可以得出这样的结论
第一、很多电影里拔出手枪打枪之前都要拉一下再打的原因是:手枪在开枪之前需要上膛,“拉一下”这个动作就是枪械的上膛操作,不仅手枪如此,包括步枪、机枪在内的大多数枪械都需要在开枪前做上膛动作(左轮手枪除外)。
第二、枪械的上膛操作的意义在于通过“拉一下”的形式为枪械输入一股外力,迫使击发弹簧曲卷蓄力,同时推送弹仓里的第一发子弹进入枪膛待击。当击发弹簧在曲卷蓄力后就相当于得到了击发子弹的原动力,而入膛待击的第一发子弹在被击发以后所产生的后坐力将会赋予击发弹簧持续击发子弹的动力,从而实现枪械的自动/半自动循环射击。
结语
枪械是是人类设计得最精妙的弹簧机械装置之一,通过利用弹簧的蓄力原理,枪械的射速能达到1000发/分以上,比如二战德国的MG-42型通用机枪,它的理论最高射速高达1500发/分。
不管枪械性能如何,在它发挥1500发/分的射速之前,同样需要射手“拉一下”枪机柄做上膛动作,当枪机柄被向后拉动时,它就像手枪的枪机那样顺势从弹链中抓取第一发子弹,同时将带有击发弹簧的枪机挂起;当射手松手时,枪机在复进弹簧的作用力下复位,同时顺势完成推弹入膛和闭锁动作。
可见枪械里包括击发弹簧在内的各部位弹簧都是在做曲卷蓄力→释力复位→曲卷蓄力这样的循环动作,它们既是枪械击发子弹的原动力来源,也是枪械利用弹药后坐力来实现自动循环射击的参与者。
可以这么说:如果没有弹簧装置,那么枪械将永远都不具备自动动射击的功能。所以枪械在射击前“拉一下”的上膛操作本质上是激活弹簧,使其做好参与枪械自动/半自动循环射击的机械运动中的准备。
▼下图为打开机匣盖的AK-47自动步枪,上面较大的弹簧为活塞复进弹簧,它是实现自动发射功能的关键装置,只有在发射子弹时这根弹簧才会工作;下面较小的弹簧为枪机复进弹簧,当射手做“拉一下”的上膛操作时它就开始工作了。除此之外枪机里还有一个击发弹簧,扳机上有一个复位弹簧等等,一支自动步枪里的弹簧数量多达十余个,这就是我们把枪械称之为“弹簧机械装置”的原因。