Внешняя баллистика – это наука, изучающая движение пули после прекращения действия на неё пороховых газов. Вылетев из канала ствола под действием пороховых газов, пуля движется по инерции по траектории.

Траекторией называется кривая линия, описываемая центром тяжести пули в полёте (рис.1).

Рис. 1. Траектория пули (вид сбоку)

При полёте в воздухе пуля подвергается действию двух сил: силы тяжести и силы сопротивления воздуха. Сила тяжести заставляет пулю постепенно понижаться, а сила сопротивления воздуха непрерывно замедляет её движение и стремится опрокинуть пулю. В результате действия этих сил скорость полёта пули постепенно уменьшается, а её траектория представляет собой по форме неравномерно изогнутую кривую линию.

Сопротивление воздуха полету пули вызывается тем, что воздух представляет собой упругую среду, поэтому на движение в этой среде затрачивается часть энергии пули.

Рис. 2. Образование силы сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вызывается тремя основными причинами: трением воздуха, образованием завихрений и образованием баллистической волны.

Частицы воздуха, соприкасающиеся с движущейся пулей, вследствие внутреннего сцепления (вязкости) и сцепления с её поверхностью создают трение и уменьшают скорость полёта пули.

Примыкающий к поверхности пули слой воздуха, в котором движение частиц изменяется от скорости пули до нуля, называется пограничным слоем. Этот слой воздуха, обтекая пулю, отрывается от её поверхности и не успевает сразу же сомкнуться за донной частью.

За донной частью пули образуется разреженное пространство, вследствие чего появляется разность давлений на головную и донную части. Эта разность создаёт силу, направленную в сторону, обратную движению пули, и уменьшающую скорость её полёта. Частицы воздуха, стремясь заполнить разрежение, образовавшееся за пулей, создают завихрение.

Пуля при полёте сталкивается с частицами воздуха и заставляет их колебаться. Вследствие этого перед пулей повышается плотность воздуха и образуются звуковые волны. Поэтому полёт пули сопровождается характерным звуком. При скорости полёта пули, меньшей скорости звука, образование этих волн оказывает незначительное влияние на её полёт, так как волны распространяются быстрее скорости полёта пули. При скорости полёта пули, большей скорости звука, от набегания звуковых волн друг на друга создаётся волна сильно уплотнённого воздуха – баллистическая волна, замедляющая скорость полёта пули, так как пуля тратит часть своей энергии на создание этой волны.

Равнодействующая (суммарная) всех сил, образующихся вследствие влияния воздуха на полет пули, составляет силу сопротивления воздуха. Точка приложения силы сопротивления называется центром сопротивления.

Действие силы сопротивления воздуха на полёт пули очень велико; оно вызывает уменьшение скорости и дальности полёта пули. Например, пуля обр. 1930 г. при угле бросания 15° и начальной скорости 800 м/с в безвоздушном пространстве полетела бы на дальность 32 620 м; дальность полёта этой пули при тех же условиях, но при наличии сопротивления воздуха равна лишь 3900 м.

Величина силы сопротивления воздуха зависит от скорости полёта, формы и калибра пули, а также от её поверхности и плотности воздуха.

Сила сопротивления воздуха возрастает с увеличением скорости полёта пули, её калибра и плотности воздуха.

При сверхзвуковых скоростях, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование уплотнения воздуха над головной частью (баллистической волны), выгодны пули с удлинённой остроконечной головной частью. При дозвуковых скоростях полёта, когда основной причиной сопротивления воздуха является образование разреженного пространства и завихрений, выгодны пули с удлинённой и суженной хвостовой частью.

Чем глаже поверхность пули, тем меньше сила трения и сила сопротивления воздуха.

Разнообразие форм современных пуль во многом определяется необходимостью уменьшить силу сопротивления воздуха.

Под действием начальных возмущений (толчков) в момент вылета пули из канала ствола между осью пули и касательной к траектории образуется угол (σ) и сила сопротивления воздуха действует не вдоль оси пули, а под углом к ней, стремясь не только замедлить движение пули, но и опрокинуть её (рис. 3).

Рис. 3. Действие силы сопротивления воздуха на полёт пули (ЦТ – центр тяжести, ЦС – центр сопротивления воздуха)

Для того чтобы пуля не опрокидывалась под действием силы сопротивления воздуха, ей с помощью нарезов в канале ствола придают быстрое вращательное движение. Например, при выстреле из автомата Калашникова скорость вращения пули в момент вылета из канала ствола равна около 3000 оборотов в секунду.

При полёте быстро вращающейся пули в воздухе происходят следующие явления. Сила сопротивления воздуха стремится повернуть пулю головной частью вверх и назад. Но головная часть пули в результате быстрого вращения согласно свойству гироскопа стремится сохранить приданое положение и отклониться не вверх, а весьма незначительно в сторону своего вращения под прямым углом к направлению действия силы сопротивления воздуха, т. е. вправо. Как только головная часть пули отклонится вправо, изменится направление действия силы сопротивления воздуха – она стремится повернуть головную часть пули вправо и назад, но поворот головной части пули произойдёт не вправо, а вниз и т. д. Так как действие силы сопротивления непрерывно, а направление её относительно пули меняется с каждым отклонением оси пули, то головная часть пули описывает окружность, а ее ось – конус с вершиной в центре тяжести. Происходит так называемое медленное коническое, или прецессионное, движение, и пуля летит головной частью вперед, т. е. как бы следит за изменением кривизны траектории (рис. 4).