Balística

Experto en balística

La balística estudia las armas de fuego y las pruebas que quedan cuando alguien ha recibido un disparo. Estos expertos pueden relacionar una bala hallada en el lugar de un crimen con la pistola de un sospechoso, comparando las pequeñísimas marcas descubiertas en el proyectil con las marcas provocadas en las balas de prueba disparadas con la pistola. Los expertos pueden también determinar la distancia desde la que se ha efectuado el disparo, el ángulo, y el calibre del arma, incluso sin una bala de prueba.

Balística, ciencia que estudia el movimiento de los cuerpos proyectados a través del espacio. La balística tiene que ver en general con proyectiles disparados por cañones o armas ligeras, pero también puede examinar el vuelo libre de las bombas o de los cohetes.

El movimiento de un proyectil desde el momento del disparo hasta su impacto en el blanco se divide en tres fases distintas: balística interior, que estudia el movimiento del proyectil mientras se encuentra dentro del cañón; balística exterior, que considera el movimiento del proyectil desde el momento en que abandona el cañón hasta que alcanza el blanco, y balística terminal, que analiza el efecto del proyectil sobre el blanco.

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BALÍSTICA INTERIOR

La balística interior se ocupa de la temperatura, el volumen y la presión de los gases producidos por la combustión de la carga propulsora en el cañón; tiene también que ver con el efecto de la expansión de esos gases sobre el cañón, la cureña y el proyectil. Algunos de los elementos críticos implicados en el estudio de la balística interior son la relación entre el peso de la carga y el peso del proyectil, la medida del calibre, el tamaño, forma y densidad óptimos de los granos de carga propulsora para los diferentes cañones, y los problemas conexos de máxima y mínima presión en la boca del arma. El ingeniero británico Benjamin Robins llevó a cabo muchos experimentos de balística interior; sus resultados justifican que se le considere el padre de la artillería moderna. Los experimentos modernos confirmaron la mayoría de las conclusiones de Robins, pero pusieron en duda sus conclusiones respecto al máximo de la temperatura y presión. Más tarde, en el siglo XVIII, el físico angloamericano Benjamin Thompson realizó el primer intento de medir la presión generada por la pólvora; el resultado de sus experimentos constituye la mayor contribución a la balística interior realizada hasta entonces.

Fusil deportivo

Cuando una bala es disparada por un fusil, las muescas del cañón hacen que gire sobre sí misma. El movimiento de giro estabiliza la bala e incrementa su alcance y su exactitud. La ilustración muestra un modelo deportivo moderno e indica sus principales elementos.

Hacia 1760, los estudiosos franceses de balística determinaron la relación entre la velocidad en la boca del arma y la longitud del cañón, midiendo la velocidad de una bala de mosquete y cortando una porción del cañón antes de medir la velocidad en el siguiente disparo. Utilizando los resultados de estos experimentos junto con los avances en química y termodinámica, los expertos en balística pudieron desarrollar fórmulas que acreditaron la relación entre la velocidad en la boca del arma y la forma del proyectil, el peso, tipo y tamaño de grano de la carga de pólvora, la presión y temperatura en el cañón, el tamaño de la cámara de la pólvora y la longitud del cañón.

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BALÍSTICA EXTERIOR

En balística exterior, la forma, el calibre, el peso, las velocidades iniciales, la rotación, la resistencia del aire y la gravedad constituyen los elementos que inciden en la trayectoria de un proyectil desde el momento en que abandona el cañón hasta que alcanza el blanco.

Hasta la mitad del siglo XVI se creyó que las balas se movían en línea recta desde el cañón hasta el blanco y que las bombas disparadas por morteros describían una trayectoria compuesta por dos líneas rectas unidas por un arco de círculo. El matemático italiano Niccolò Tartaglia arguyó, en un tratado sobre cañones, que ninguna porción de la trayectoria de un proyectil podía ser una línea recta, y que cuanto mayor fuera la velocidad del proyectil, más tensa sería su trayectoria. Tartaglia inventó el cuadrante de cañones utilizado para determinar la elevación de la boca de fuego. Galileo demostró que, en el vacío, un proyectil describe un arco parabólico. La descripción de la ley de la gravedad por Isaac Newton aclaró la causa del movimiento curvilíneo de los proyectiles. Mediante el uso del cálculo, Newton determinó la cantidad de movimiento transferida del proyectil a las partículas de aire en reposo; este método de calcular la resistencia del aire se ha visto superado por el uso de tablas, derivadas de disparos experimentales.

Para determinar la velocidad del proyectil una vez abandonado el cañón se utilizan dos métodos: uno mide la cantidad del movimiento del proyectil, el otro calcula el tiempo requerido para que el proyectil cubra una distancia concreta. El primer método es el más antiguo y se utilizó mientras los cañones y proyectiles fueron pequeños, las velocidades bajas y los alcances cortos, con lo que sus resultados eran lo bastante precisos para la mayoría de los propósitos prácticos. El péndulo balístico y el péndulo de cañón se utilizaron para medir la cantidad de movimiento del proyectil, pero tales mecanismos se sustituyeron por máquinas más baratas y seguras que trabajan sobre los principios del segundo método.

El péndulo balístico fue desarrollado hacia 1743 por Robins, quien fue el primero en afrontar una serie sistemática de experimentos para determinar la velocidad de los proyectiles. El principio del péndulo balístico, así como el del péndulo de cañón desarrollado por Thompson, radica en la transferencia de la cantidad de movimiento de un proyectil con masa pequeña y alta velocidad, a una masa grande con una velocidad resultante baja.

El péndulo balístico consiste en una enorme plancha de hierro a la que se emperna un bloque de madera para recibir el impacto del proyectil; el péndulo se suspendía de un eje horizontal. Al ser golpeado por el proyectil, el bloque retrocedía en un cierto arco que podía ser medido con facilidad. Conociendo el arco de retroceso y las masas de proyectil y del péndulo, podía calcularse la velocidad del proyectil. El péndulo balístico tan sólo soportaba el impacto de balas de mosquete; sin embargo, Robins realizó importantes progresos en la ciencia de los cañones al determinar las relaciones que habían de darse entre el calibre, la longitud del cañón y la carga de energía.

Gracias al segundo método, la velocidad del proyectil se determina midiendo el tiempo que tarda en recorrer una longitud conocida de su trayectoria; para este propósito se han diseñado numerosas máquinas. En 1840 el físico británico Charles Wheatstone sugirió el uso de la electricidad para medir pequeños intervalos de tiempo. Esta sugerencia condujo al desarrollo del cronógrafo, un mecanismo que registraba por medios eléctricos el tiempo que necesitaba un proyectil para pasar entre dos pantallas de alambre fino.

Las fórmulas y tablas para balística exterior de cada nuevo tipo de cañón son más o menos empíricas y deben comprobarse mediante experimentos reales, antes de que se puedan calibrar con precisión los mecanismos de puntería.

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MEDICIÓN BALÍSTICA

Ondas de choque de una bala en vuelo

La imagen muestra el flujo del aire alrededor de una bala de calibre 20 que se desplaza a 500 metros por segundo. La imagen se obtuvo utilizando luz polarizada con un tiempo de exposición de 20 nanosegundos (un nanosegundo es 1/1.000.000.000 de segundo).

El desarrollo de la fotografía a alta velocidad y del estroboscopio por el ingeniero estadounidense Harold Eugene Edgerton y otros investigadores, ha conducido a un mejor conocimiento de las tres ramas de la balística. Tales ingenios permiten fotografiar cualquier proyectil en vuelo, ayudando al estudio preciso no sólo de su velocidad, sino también de su posición (para determinar el grado de oscilación) e incluso las ondas de choque que produce.

El más importante de los recientes avances en balística es el uso de computadores. El cálculo exigido por la balística exterior requiere, por lo general, conjuntos de ecuaciones diferenciales parciales de segundo orden, cuya resolución implica cientos de miles de cálculos. Para encontrar la posición de un proyectil en varios puntos a lo largo de su trayectoria se necesitan docenas de tales soluciones. El procedimiento ha de repetirse para cada una de las diferentes elevaciones del cañón. Incluso con la ayuda de reglas de cálculo y máquinas calculadoras ordinarias, semejante operación exigiría al matemático una extraordinaria cantidad de tiempo; el uso de computadores electrónicos permite conseguir soluciones completas en pocos segundos. Los computadores se utilizan también para la simulación de vuelos de misiles.

El diseño, desarrollo y graduación de una amplia variedad de equipos electrónicos y ópticos muy sofisticados a lo largo de los últimos años ha incrementado de forma considerable el avance de la investigación balística, en particular en lo que afecta al funcionamiento de los misiles teledirigidos. Ejemplos de tales instrumentos son los telescopios de seguimiento de largo foco, las cámaras fotogramétricas y los transmisores y receptores de radio en miniatura instalados en los misiles (véase Misiles teledirigidos). Véase también Visor de bombardeo; Ordenador o computadora; Cohete; Armas ligeras.