【趣味物理】從物理角度看步槍手槍子彈的殺傷力

2021-02-21 環球物理

近幾年出現了一些「抗戰雷劇」,劇中有許多誇張到令人不可思議的鏡頭,比如子彈空中大拐彎、幾百裡外一槍幹掉鬼子機槍手.儘管出發點可能是好的,但這種秀無知下限的「藝術包裝」帶來的負面影響卻也是實實在在。前些天就有一朋友拿「雷劇」舉例跟我說,他不相信那時候會有身中數彈還能堅持戰鬥的英雄,覺得那些都是宣傳。

「三八大蓋」的殺傷力

事實上,在抗戰初期,日軍「三八大蓋」步槍殺傷力不強的問題早就眾所周知了。

三八式步槍與子彈

平心而論,三八式步槍是一型性能優異的後拉槍機式(栓動)步槍,採用6.5×50mmSR Arisaka子彈時,它的最大射程達2.37km,可以在366~457m(400~500碼)內對目標造成有效殺傷。由於擁有當時栓動步槍中最好的機匣和800mm長槍管,三八步槍將6.5mm子彈性能發揮到極致,子彈的出膛速度762m/s,槍口動能達2600J。

6.5×50mmSR Arisaka子彈細長,它的彈頭由黃銅或白銅披甲,中心灌鉛,重約9克。優秀的製造工藝使其飛行彈道平直,射擊精準。由於槍彈是為400米左右的遠距離射擊而設計,在近距離交戰時子彈常常會穿身而過造成貫穿傷,只要不打中要害,傷員中彈後不僅可以堅持戰鬥,其槍傷恢復的也很快(有許多故事,限於篇幅不再贅述)。

6.5mm子彈改進前後

據說是咱們繳獲了三八步槍之後,常常將其子彈尖端磨掉,露出鉛芯,從而大幅度提高殺傷力。後來日本也對彈藥做了改進(也是據說),使鉛芯覆蓋子彈的尖端,這樣就可以在保持彈道性能的前提下增加殺傷效能。

完美子彈?

所有的射手都希望自己有一支好槍和一堆完美的子彈。好槍易得,但什麼才是完美的子彈呢?

這世界上可能沒有什麼完美的子彈。

一名參加射擊比賽的狙擊手希望有一枚彈道完美的子彈,以便取得更好的成績。由高精度CNC工具機加工的無氧銅或銅合金實心彈頭可以滿足他的要求。

射擊比賽用的實心彈頭

高精度彈頭是CNC工具機車出來的,加上它材料的質地又很均勻,所以彈頭的重心被嚴格控制在它的軸線上,空氣動力學性能極佳,不會因旋轉而發生擺動,因此可以極精準地命中靶心。

但你讓狙擊手用這種子彈去戰場上狙殺高價值目標,他一定會說你瘋了,因為這種子彈大概率打不死人,就跟我們前面介紹的三八步槍6.5毫米子彈一樣。狙擊手寧可選擇一款看起來沒那麼精準,但殺傷力更大的軟尖彈或膠尖子彈,以確保一擊斃命。

軟尖的狙擊彈

你猜的沒錯,軟尖彈與之前日本改進後的6.5×50mmSR Arisaka子彈類似。它的外層是銅合金的披甲,彈芯和尖端是鉛或鉛合金。

膠尖彈其實也是一種軟尖子彈,它以一種聚合物的塑料塞子塞住彈頭前邊的孔,一方面改善了空氣動力學性能,同時塑料比鉛更有彈性,不容易磕碰和磨損。

軟尖彈與塑尖彈有良好的空氣動力學性能

是什麼讓狙擊手寧願犧牲射擊精度而選擇差一點的子彈?

是殺傷力。

子彈做出來就是用以殺傷有生目標的,為此我們需要千方百計地提高子彈的動能,與此同時,還需要將子彈的動能全部傳遞到目標身上。

經常聽到有朋友拿槍枝的一些指標來判斷它的好壞,比如說它的射擊精度如何,它能發射多大的子彈,它能把子彈打多遠。似乎精確度越高、口徑越大、射程越遠的槍才是把好槍。這不能算錯,但至少是不完整的。槍枝的殺傷力與子彈的重量、速度有關,更與子彈的結構有密不可分的關係。也就是俗稱的「停止力」。

三八式步槍擁有非常好的精度、射程和強大的槍口動能,但它的子彈在近距離擊中目標後卻一穿而過,動能大部分被浪費掉了。動能大,殺傷力不強,因此它不是一款好子彈。

子彈出膛時攜帶強大動能

好子彈不僅要能「打得進」,還得「停得住」,也就是說它應該將全部的動能轉化為破壞的熱能,這便是停止力。停止力一方面是彈頭從高速運動轉為靜止的能力,更是使射擊目標失去反擊或逃跑機會的能力。

怎樣才能讓子彈停下來?

讓子彈快速停止的途徑有三個:翻滾,變形,翻滾並變形。

如果子彈頭前輕後重,它在射入目標體內之後會因撞擊導致重心的改變,從而在體內翻滾。

一枚曳光彈在彈道明膠中翻滾運動

為了降低空氣阻力,子彈的橫截面通常比較小、側面積較大,而一旦攜強大動能在體內翻著跟鬥前進,就會通過衝擊波撕裂肌肉組織、扯斷血管和神經、攪碎內臟器官,甚至致人於死地。從下圖7.62mm和5.45mm步槍子彈在彈道明膠中造成的巨大空穴,我們不難看出它們在人體內可能造成的破壞。

兩款子彈在彈道明膠中製造的空穴

為了使子彈的殺傷作用更大,軍火商一度研發出可以在體內擴張、甚至是破碎成小塊的「達姆彈頭」。鑑於達姆彈造成的創口太大,戰傷無法救治,即便救活後也會造成終身殘疾,被認為是一種不人道的武器,因此被《海牙公約》禁止在戰爭和軍事行動中使用。但美國堅持認為它「在明確的軍事需要時,使用擴張型子彈合法」,並且規定在執法和「必要的自衛」中可以使用擴張型子彈。

所謂擴張型子彈,除了達姆彈之外,還包括中空子彈,以及前面提到的軟尖彈。

手槍空尖彈與擴張後的彈頭

與軟尖彈相比,中空子彈(空尖彈)更多地被用於手槍、卡賓槍等近戰武器。當空尖彈撞擊目標時,它首先會因巨大的衝擊力發生變形,其前端受到擠壓而擴張開來,從而擴大創口。緊接著,強大的動能會使子彈在體內劇烈翻滾,產生氣穴和空腔。儘管手槍子彈的動能通常不如步槍彈,但由於尖銳且不規則的翻滾,它的殺傷力一點不比步槍差。

空尖彈在彈道明膠中產生巨大氣穴效應

軍火商還別(sang)出(xin)心(bing)裁(kuang)地設計出了一些稀奇古怪的彈頭,這種彈頭不僅會變形翻滾,它外層披甲還能碎成多塊,中間部分繼續滾動前進直達體內深處,中彈者幾乎沒得救。

達姆彈在彈道明膠中破碎

動能與熱能的關係

子彈通過火藥燃燒推動前進,通常子彈在剛飛出槍膛時的速度最快,此時子彈的動能也是最大的。一般情況下步槍的槍口動能可以達到2000焦耳以上,手槍子彈的槍口動能一般也高於400J。由於外形的差異,子彈在飛行的過程中受到空氣阻力的影響,它的速度會有不同程度降低,步槍子彈的氣動外形好,它可以在飛行幾百米後仍然保持數百焦耳的動能,手槍子彈通常只在幾十米的距離內保有殺傷力。

鑑於手槍彈頭大多以亞音速飛行,它的攻擊距離短,因此被做成各種形狀,其中以空尖彈和軟尖彈居多。

變態的G2-RIP子彈會碎成9片並造成巨大創傷

許多人對動能與熱能的轉化心存疑惑,這多半是出於對熱能片面的理解。

熱能不僅是火焰與高溫,它的實質是物體(系統)的內部能量。當一顆子彈進入到體內,它所攜帶的能量(動能)會對肌體做功,從而將能量轉移到肌體。在這個過程中子彈的能量下降得越迅速,它對肌體傳遞能量的過程就越快。同時由於能量守恆,一顆500J動能的子彈在體內停止,就意味著肌體接收到了500J的能量。

肌體由許許多多的分子組成,每一個分子在單獨運動的過程中都會產生熱能,肌體熱能就是所有分子運動熱能的總和。當一顆子彈將500焦耳的熱能傳遞到體內時,它會造成一部分分子加速運動,這就是擴張、撕裂與破壞。

彈頭在彈道明膠內的運動


總結:


我們用了約2500字的篇幅詳細講解了子彈殺傷力與其構造之間的關係。

三八式步槍的射擊精度高、槍口動能大,但子彈並不能將強大的動能轉化為殺傷力,這與其6.5毫米子彈的結構有關。

為了將子彈動能的大部分甚至全部傳遞給目標,研究人員需要它儘可能深入體內,同時翻滾、變形甚至是破碎來將速度降至零,從而達到最大殺傷效果。

軟尖步槍子彈在撞擊目標後變形

通過將步槍子彈的重心後置,彈頭可以在撞擊目標後實現翻滾;大多數子彈柔軟的鉛芯會在體內變為蘑菇頭的形狀來增加阻力,以將更多的能量轉化為肌體的熱能。這就是子彈殺傷力的來源。

隨著科學的進步,武器發展早已今非昔比。70年前身中數彈或許可以堅持戰鬥,但現在如果誰挨上一槍就很難說能撐多久,這需要強大意志力的支持,更要看運氣。

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