سرعت گلوله چقدر است؟
سرعت متوسط یک گلوله هنگام خروج از لوله تفنگ (مuzzle velocity) بسته به نوع سلاح و مهمات متفاوت است. بر اساس داده‌های معتبر از Ballistics by the Inch (سایتی تخصصی در تست‌های بالستیک واقعی) و Federal Premium Ammunition، سرعت اولیه گلوله‌های رایج عبارتند از:
- گلوله ۹ میلی‌متری پارابلوم از تپانچه: حدود ۱۱۵۰ فوت بر ثانیه (۳۵۰ متر بر ثانیه یا ۱۲۶۰ کیلومتر بر ساعت).
- گلوله .۲۲۳ رمینگتون از رایفل: تا ۳۲۰۰ فوت بر ثانیه (۹۷۵ متر بر ثانیه یا ۳۵۰۰ کیلومتر بر ساعت).
- میانگین سرعت گلوله‌های نظامی (مانند ۵.۵۶ ناتو): ۳۰۰۰ فوت بر ثانیه (۹۱۴ متر بر ثانیه).
اما سؤال جذاب‌تر این است: اگر گلوله را از قطاری با سرعت برابر با سرعت گلوله شلیک کنید، چه می‌شود؟ این سناریو، مفهوم چارچوب مرجع اینرسی (inertial reference frame) در مکانیک کلاسیک نیوتن را به زیبایی نشان می‌دهد.
شلیک گلوله در قطار پرسرعت: قانون اول نیوتن در عمل
قانون اول نیوتن (اصل اینرسی) بیان می‌کند: «جسم در حالت سکون یا حرکت یکنواخت باقی می‌ماند مگر اینکه نیروی خارجی بر آن وارد شود.» (منبع: NASA Glenn Research Center – Newton’s Laws of Motion).
تصور کنید در قطاری بدون پنجره و کاملاً صاف با سرعت ثابت ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت (۱۰۰۰ مایل بر ساعت) هستید:
- نسبت به شما (و قطار): گلوله با سرعت ثابت ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت از لوله خارج می‌شود – دقیقاً مانند شلیک در حالت سکون.
- نسبت به زمین (اگر به جلو شلیک کنید): سرعت گلوله = سرعت قطار + سرعت گلوله = ۳۲۰۰ کیلومتر بر ساعت (۲۰۰۰ مایل بر ساعت). این سرعت فوق‌العاده بالاست و انرژی جنبشی ویرانگری ایجاد می‌کند (E = ½mv²).
- نسبت به زمین (اگر به عقب شلیک کنید): سرعت گلوله = سرعت گلوله – سرعت قطار = صفر! گلوله نسبت به زمین ساکن می‌ماند و مستقیماً به زمین می‌افتد (مانند پرتاب عمودی توپ).
این پدیده در فیزیک کلاسیک (سرعت‌های زیر نور) کاملاً معتبر است و توسط آزمایش‌های واقعی مانند پرتاب اشیاء در هواپیماهای در حال پرواز تأیید شده (منبع: The Physics Classroom – Relative Velocity).
تفاوت با امواج صوتی: برخلاف گلوله، امواج صوت سرعت ثابتی نسبت به محیط (هوا) دارند (۳۴۳ متر بر ثانیه در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد). اگر بلندگویی در جلوی قطار ۱۶۰۰ کیلومتری روشن کنید، امواج صوت نمی‌توانند سریع‌تر از سرعت صوت حرکت کنند – این اصل، دلیل ایجاد سونيك بوم در هواپیماهای مافوق صوت است (منبع: NOAA – Speed of Sound).
عوامل مؤثر بر سرعت اولیه گلوله (Muzzle Velocity)
سرعت خروج گلوله تحت تأثیر عوامل متعددی است که توسط تست‌های بالستیک واقعی اندازه‌گیری شده‌اند (منبع: SAAMI – Sporting Arms and Ammunition Manufacturers’ Institute و Hornady Ballistics Calculator):
| عامل | تأثیر | مثال |
|---|---|---|
| طول لوله | طولانی‌تر = شتاب بیشتر گازها | رایفل (لوله ۵۰ سانتی) vs تپانچه (لوله ۱۰ سانتی): تا ۳۰٪ سرعت بیشتر |
| وزن گلوله | سبک‌تر = سرعت بالاتر | گلوله ۵۵ گرینی .۲۲۳: ۳۲۰۰ fps vs ۷۷ گرینی: ۲۹۰۰ fps |
| فشار گاز محترق | بالاتر = سرعت بیشتر | کارتریج‌های +P (فشار بالا): تا ۱۵٪ افزایش سرعت |
| مقاومت هوا (دراگ) | شکل آیرودینامیک = کاهش افت سرعت | گلوله‌های boat-tail vs flat-base |
| نوع کارتریج و باروت | باروت سریع‌سوز = پیک فشار بالاتر | باروت Hodgdon Varget vs Alliant Reloder |
نکته کلیدی: حتی در یک کالیبر، تفاوت لوله یا مهمات می‌تواند ۲۰۰–۵۰۰ fps تفاوت ایجاد کند.
نتیجه‌گیری: فیزیک نسبیتی در زندگی روزمره
این آزمایش فکری نشان می‌دهد که سرعت همیشه نسبی است. در چارچوب قطار، گلوله رفتار عادی دارد؛ اما نسبت به زمین، نتایج شگفت‌انگیزی ایجاد می‌شود. این اصل در مهندسی موشک، هواپیماهای مافوق صوت و حتی GPS (که اثرات نسبیت خاص اینشتین را جبران می‌کند) کاربرد دارد.
