L’idea che ho brevettato di cui il potenziatore, così come è stato presentato, è solo una delle realizzazioni, è quella dell’uso sullo stesso elastico circolare (o coppia di elastici avvitati su testata o altre soluzioni con un elastomero) di diversi sistemi elastici che contribuiscono al lancio dell’asta.
Inizialmente ero partito con due molle metalliche montate alle due estremità prima dell’archetto, poi ho realizzato una giunzione di tre spezzoni di elastico: un elastico motore più una sola coppia di caricatori, ma si può giungere anche ad inserire una soluzione pneumatica che non ho ancora sperimentato.
In sostanza ho iniziato a sondare l’efficacia dei sistemi elastici in serie e, o, in parallelo.
Un campo di studio che prevedo mi assorbirà per i prossimi anni di ricerca sperimentale nella mia vasca di prove balistiche.
In questa seconda parte del trattato sul potenziatore, il mio impegno è di
spiegare il funzionamento fisico del potenziatore
La contrazione di un tubo di elastomero procede dalla estremità libera verso il vincolo, con il massimo delle velocità di contrazione sull’estremità libera, fino a raggiungere una velocità nulla in corrispondenza del vincolo.
Analizziamo il sistema dei cinque spezzoni di elastomero dividendolo in due: il moto del motore e il moto dei due caricatori.
Moto dei caricatori
Poniamo il sistema di riferimento sullo snodo, il punto di osservazione immaginando di sederci virtualmente sulla mezzaluna dove si fissano le astine dei due caricatori: gli spezzoni di elastico hanno lunghezze e allungamenti differenti, ma poiché sono vincolati tramite i rispettivi archetti ad un’asta rigida, questi avranno la stessa velocità di contrazione che è una composizione risultante delle azioni dei singoli spezzoni.
Moto del motore
Spostiamo il sistema di riferimento sul perno della puleggia dove si appoggia l’elastico motore, anche questo spezzone di elastomero si contrarrà a partire dall’estremità libera che trascina lo snodo.
Un osservatore seduto in questo punto come vedrà la contrazione dello snodo e dei due archetti dei caricatori?
Vedrà gli archetti muoversi più velocemente dello snodo perché la contrazione del motore comincerà solo dopo che i caricatori avranno cominciato a contrarsi ed accorciarsi. In sostanza il motore si accorge in ritardo che l’asta è partita dovendo aspettare che i caricatori abbiano cominciato a contrarsi prima di accorciarsi a sua volta.
Perché ho fissato questi due sistemi di riferimento e non ho fissato un unico sistema esterno al fucile osservandolo ad esempio con il mio occhio di tiratore?
Perché il fucile mentre gli elastici si contraggono e l’asta viene lanciata in avanti, contemporaneamente rincula e vedrei la risultante del moto complessivo (rinculo e momento di rinculo compreso) mentre mi interessa capire, per ora, come si contraggono gli spezzoni del potenziatore.
Vi abituerete a questa nuova prassi dei miei articoli che in alcuni casi si avvarranno di una parte videografica inserita nel canale You Tube.
Le caratteristiche tecniche del potenziatore sono:
I vari spezzoni esprimono
Motore 78 Kg peso
Primo caricatore 32 Kg peso
Secondo caricatore 39 Kg peso
Il funzionamento osservando la ripresa filmata del tiro al rallentatore:
Si nota che i caricatori iniziano a contrarsi per primi.
Nei fotogrammi successivi alla partenza lo spazio percorso dai due archetti dei caricatori è molto più grande di quello dello snodo, poiché tra un fotogramma e il successivo il tempo è fisso, si deduce che la velocità degli archetti è superiore alla velocità dello snodo (si evince anche dalla sfuocatura dell’immagine in corrispondenza degli archetti).
Appena lo snodo si accorge dell’onda di contrazione dei caricatori si sposta a sua volta per il richiamo dell’elastico motore, inizia così il moto composto tra motore e caricatori che si esaurisce molto presto dato il minor allungamento percentuale degli elastici dei due caricatori, mentre l’elastico motore trascina asta e caricatori passivi.
Si può concludere che l’elastico motore accelera l’asta messa in moto dai caricatori.
Le immagini rallentate fino a 600 ftgr/sec mostrano inoltre alcuni fenomeni interessanti:
1) La contrazione dei caricatori forma un’onda materiale nell’elastomero che, al rallentatore si riesce a distinguere facilmente: il punto di formazione dell’onda è tra la sezione ormai de-contratta e quella adiacente ancora allungata. La parte ancora contratta dell’elastomero trascina quella che ha esaurito la sua spinta e si sta sollevando rispetto a quella attiva per la spinta di galleggiamento, per l’azione fluidodinamica del mezzo liquido e per l’inerzia dovuta alla coppia F –F che ho descritto nella prima parte del trattato. Noi vediamo l’effetto della risultante delle singole azioni ma è innegabile che le resistenze idrodinamiche aumentano in ragione di questo fenomeno composito. Non è un fenomeno caratteristico del solo Potenziatore, ma anche dei classici elastici circolari in generale: finché gli archetti restano agganciati all’asta l’elastico non può sollevarsi liberamente e man mano che si accorcerà disegnerà un’onda.
2) Il gancetto in coda all’asta, componente di serie delle mie aste brevettate, dopo pochi centimetri di avanzamento, bascula disponendosi lungo l’asse longitudinale dell’asta. Questo riduce il distacco dello strato limite del mezzo fluido per effetto della coda tronca, fenomeno fluidodinamico che aumenta le resistenze incontrare dell’asta nell’avanzare nell’acqua. Non avevo mai documentato questo comportamento del gancetto, mentre avevo potuto misurare la ridotta resistenza fluidodinamica dell’asta col gancetto rispetto all’asta tradizionale.
3) Si distingue il fenomeno del sollevamento della coda dell’asta già descritto nell’articolo sugli effetti del momento di rinculo pubblicato recentemente sul mio sito, cui fa riferimento la prima clip inserita nel canale You Tube Science. Posso solo anticipare che questo sollevamento della coda è contenuto rispetto ad altre documentazioni filmate ed in verità devo ancora approfondirne le ragioni.
Affrontiamo l’aspetto fisico della contrazione degli elastici in serie sulla base di ciò che abbiamo visto nella clip, trascurando per ora la contrazione dei due caricatori in parallelo.
Ci troviamo di fronte ad una prima accelerazione dell’asta dovuta ai caricatori, ad una seconda fase dove caricatori ed elastico motore agiscono contemporaneamente, ed una terza fase nella quale agisce solo l’elastico motore trascinando asta e caricatori inattivi.
Dove c’è una accelerazione e una massa, c’è una forza F e dove questa agisce per un lasso di tempo ∆T, c’è un impulso F x ∆T, questo impulso sull’asta, per reazione, genera un rinculo che supportiamo con la mano e conseguentemente un momento di rinculo (di cui ho analizzato gli effetti sulla precisione del tiro).
In verità la forza F è una grandezza variabile nel tempo, non tanto nella direzione quanto nell’intensità quindi dovrei scrivere ∫ F x d T, visto il carattere divulgativo di quanto sto scrivendo posso considerare la forza F come una media della forza nel lasso di tempo ∆T.
Per come si svolge la contrazione del potenziatore si creano tre impulsi in tre distinti lassi di tempo
Il primo quando i caricatori iniziano a contrarsi fino a quando entra in azione anche il motore, il secondo quando l’azione dei caricatori si somma a quello dell’elastico motore (i caricatori sono in decelerazione mentre il motore in accelerazione), il terzo quando i caricatori hanno esaurito la loro spinta e vengono trascinati dal motore fino al distacco degli archetti, questa è la fase più lunga nel tempo.
Il fenomeno si svolge senza salti o discontinuità della velocità dell’asta la cui massa inerziale funziona da volano.
E’ stata eseguita una ripresa filmata con la funzione scatto continuo a 60 ftgr/sec per determinare la velocità dell’asta lanciata dal solo potenziatore che ha fornito i seguenti dati:
Discussione dei dati:
Sulla colonna sinistra sono riportati i valori di posizione della punta dell’asta in centimetri che parte, come si legge, da 120 cm.
Tirato il grilletto il primo avanzamento da 120 a 140 non viene considerato perché il tiro non è sincronizzato con l’inizio della sequenza dei 60 ftgr/sec . Si constata che a un metro dalla punta del fucile la velocità di uscita dell’asta è di 24 m/sec contro i 27 m/sec dell’arbaléte armato con due circolari classici da 18 mm di diametro allungati al 300%. A due metri dalla punta del fucile la velocità scende a 18 m/sec m contro i 21 m/sec dell’armamento classico e così dicasi per la velocità di impatto sul bersaglio a 480 cm che termina a 15 m/sec contro i 18 m/sec dell’armamento standard.
I tre metri al secondo di differenza restano dall’inizio del lancio fino alla fine.
La precisione sul piano verticale è incredibile ma presenta in media una decina di centimetri di “caduta” rispetto al centro. La precisione verticale è garantita fino a 3.5 metri dalla punta del fucile.
Questo armamento è più indicato per l’asta da 6.5 che ha una massa minore da lanciare e per la piccola pesca su pesci di piccola e media taglia a non più di 4 m dalla punta del fucile.
Nella terza parte di questo trattato verrà presentata e discussa la clip del tiro del Saber 100 armato con potenziatore e un secondo elastico circolare da 18 cm di diametro, quindi nelle condizioni di massima potenza installata
Aver spezzato le fasi di accelerazione spezza anche i tempi di rinculo che sono sopportati meglio dalla mano di chi tira.
