Post on 07-Apr-2020
Leyes de Newton
Galileo Galilei (1564-1642) Aparición del Método Científico y los
primeros estudios sobre las leyes de caída de los cuerpos.
Isaac Newton (1643-1727) toma los fundamentos de Galileo, en
sus trabajos respecto del movimiento acelerado y de un modo mas
preciso, enuncia las tres leyes en las cuales se fundamenta la
mecánica clásica.
Primer Ley de Newton.
Cuando un cuerpo esta en reposo o moviéndose con velocidad
constante, sobre una trayectoria rectilínea, la resultante de todas
las fuerzas ejercidas sobre él, es nula o igual a cero.
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Leyes de Newton
Segunda Ley de Newton.
La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza
resultante ejercida sobre él, inversamente proporcional a la
masa del mismo y tiene la misma dirección y sentido que la
fuerza resultante.
a α F / m F = m . a
Tercera Ley de Newton
Si un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza dada, el segundo ejerce sobre el
primero otra fuerza de la misma intensidad pero de sentido opuesto.
Principio de acción y reacción.
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CARTUCHO1
BALA O PUNTA2
VAINA3
4 POLVORA O PROPELENTE
CAPSULA INICIADORA5
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Balística Interior
• Se ocupa del estudio de las variables que seproducen a partir del momento de lapercusión. Analiza el movimiento del proyectilen el interior del ánima del cañón, las causasque producen dicho movimiento y los efectosque ocasiona hasta que el mismo abandonael arma.
• Tiene por finalidad el conocimiento en cadainstante y en cada punto, de la velocidad delproyectil (curva de velocidades), la presiónque los gases ejercen sobre él y el resto delsistema y la cantidad de pólvora quemada(leyes de combustión).
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Balística Interior
Las ciencias que predominan en su estudio son:
• La termodinámica cuyas leyes y principios
gobiernan la etapa de generación de gases por
parte de la pólvora propulsiva, muy próximas a
las de los gases ideales.
• La mecánica, en la traslación y rotación del
proyectil
• La resistencia de materiales en lo referente a la
solicitación de los cañones y los elementos
auxiliares del arma.
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Las etapas que se cumplen durante el desarrollo de este
fenómeno son:
• Iniciación. Se produce la combustión del propulsante y conella la generación de una importante cantidad de gases aelevadas temperaturas. Crece la presión interna hastaromper el reposo del proyectil (período de combustión avaso cerrado o a volumen constante).
• Comienza a crecer la velocidad del proyectil, aumentandola generación de gases hasta el momento en que terminade quemarse la carga del propelente (período decombustión a volumen variable).
• Los gases se expanden aumentando aun más la velocidaddel proyectil, hasta que éste termina por abandonar elarma (período de expansión).
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En función de estas etapas mencionadas, las tres
ecuaciones fundamentales de la balística interior son:
Ecuación de Combustión. Se aplica la ley de Noble y Abel.Relaciona las presiones máximas y las cargas ( P presión, Vvolumen y T temperatura), la ley experimental que relacionalas presiones con el modo de combustión de las pólvoras y laley que relaciona el modo de combustión de las pólvoras conla forma de los granos y la disposición de la carga. Rigedurante la combustión a vaso cerrado.
Ecuación de Equivalencia. Relaciona en cada instante laenergía potencial de los gases con la energía cinética o eltrabajo que son capaces de producir. Rige durante lacombustión a volumen variable y el período de expansión delos gases
Ecuación de Inercia. Relaciona las presiones con losmovimientos del proyectil. Se establece mediante laaplicación de las leyes de inercia estudiadas en mecánica.
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La Percusión
• Cuando la cola del disparador es accionada, los
mecanismos entran en acción y dejan en libertad al
percutor el que, impulsado por el muelle principal, se
desplaza hacia delante e incide sobre la cápsula
iniciadora. La mezcla explosiva contenida en ésta se inicia
y detona, en razón de la excitación generada por la
energía contenida en el golpe.
• Toda la acción se realiza en un tiempo (retardo a la
percusión), que depende de la cadena cinemática de los
mecanismos que intervienen en la acción. Es un tiempo
pequeño (de 2 a 6 milisegundos). La velocidad con la que
el percutor incida en la cápsula, crece en importancia en
la medida con la que es capaz de reducir el retardo y,
unida a la masa del percutor, establece la energía de
percusión. CEsBa Rosario
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La Percusión
E = ½ m v² = ½ p/g v²En cada caso particular ha de ser la adecuada. Casocontrario se corre el riesgo de una falla de iniciación, o larotura de la copita de la cápsula por una percusiónexcesiva. Los valores de energía mínima se pueden
apreciar en el siguiente cuadro.
Cápsula Tipo Energía
Small Pistol 0,0167 kgm
Large Pistol 0,0167 kgm
Large Rifle 0,034 kgm
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La Ignición
Cuando la mezcla iniciadora, es golpeada por el percutor
contra el yunque, se inicia la combustión bajo la forma de
una detonación.
Esta ignición tiene lugar en un período de tiempo muy
pequeño, del orden de dos décimas de milisegundo
(retardo a la ignición).
La eficiencia de la misma tiene una dependencia directa
con el calor y el largo de llama producida, que han de ser
las que correspondan para el tipo de pólvora, el volumen
de carga, el tamaño y forma de la cámara de combustión
(vaina) y el diámetro de los oídos que comunican ésta con
el alojamiento de la cápsula iniciadora.CEsBa Rosario
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La Ignición
La detonación de la sustancia iniciadora de la
cápsula debe tener el volumen de generación de
gases, longitud de llama, temperatura y presión,
suficientes como para introducirse en la carga de
pólvora a través de los espacios entre granos,
tendiendo a lograr el encendido simultáneo de todos
ellos.
Esta detonación que transforma entre 20 o 30
miligramos de mezcla explosiva iniciadora, en una
centésima de milisegundo, en una masa blanca de
gases calientes, es la que produce el fenómeno de
ignición prácticamente instantánea de la pólvora.CEsBa Rosario
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Combustión de la Pólvora. Desarrollo de Gases
Cuando los granos de pólvora se han encendido,
comienza la producción de gases y con ella, el incremento
de la presión interna del sistema.
La superficie interior de la vaina y el resto de la pólvora se
calienta; aumenta la velocidad de combustión de la
pólvora (dependiente del aumento de presión), junto con
la generación de gases por unidad de tiempo.
Los gases a elevada temperatura y gran presión aceleran
la combustión de los granos.
La presión crece súbitamente, las paredes de la vaina se
dilatan apoyándose sobre el interior de la recámara y el
culote, sobre el plano anterior del cierre.CEsBa Rosario
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Combustión de la Pólvora. Desarrollo de Gases
Al retener la recámara a la vaina, firmemente, la
expansión se extiende al gollete y la bala queda libre y
comienza a moverse impulsada por la presión de los gases
en su culote, iniciando su vuelo hacia el estriado.
En este instante, una pequeña porción de los gases se
adelantan a la bala en su posición en el ánima y tienden a
filtrarse entre el gollete de la vaina y la recámara.
Al tomar el rayado, la bala sella su camino hacia delante y
de esta manera, quedan confinados detrás de la bala.
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Mientras tanto los granos continúan quemando, la presión
de los gases aumentan hasta alcanzar su valor máximo que
suele coincidir con el momento de la toma del estriado por
parte de la bala. Esto dependerá del grano de pólvora, su
tipo (más o menos progresiva) masa y dureza de la bala y la
longitud de la zona cilíndrica de la misma; también del
grado de forzamiento entre bala y tubo cañón.
Combustión de la Pólvora. Desarrollo de Gases
Según la bala hace su recorrido por el ánima, la cámara de
combustión donde continúa ardiendo la pólvora, aumenta y
en determinado momento, con la bala aumentando
considerablemente su velocidad, ese incremento de la
cámara de combustión le gana la carrera al desarrollo de
los gases y la presión comienza a descender.
Combustión de la Pólvora. Desarrollo de Gases
A pesar de ello, es lo suficientemente importante como para
continuar impulsando a la bala hasta que finaliza su
recorrido y sale por la boca del arma. Incluso, si la caída de
presión no es muy violenta, la velocidad del proyectil
aumenta todavía un poco más después de salir al exterior,
por el último impulso que recibe del fogonazo de los gases
que salen detrás de ella.
Justamente éste fenómeno, es uno de los fundamentos
utilizados por los autores que justifican la existencia de la
balística intermedia
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La Bala que parte del reposo y recorre el ánima, con unmovimiento variable acelerado hasta salir por la boca,emplea un cierto tiempo en ese recorrido.
Tiempo de Recorrido en el Anima.
El cálculo de ese tiempo podría estimarse con cierto error,dividiendo la velocidad en boca por la longitud del ánima;pero la realidad es que la aceleración de la bala es siempremayor en la primer mitad del tubo que en el resto. Esto sedebe a que el empuje de los gases es siempre mayor alprincipio.
Como ya hemos visto, la presión máxima en las armasportátiles, se suele alcanzar al inicio de la toma del estriadopor parte de la bala.
Luego la aceleración de la bala no responderá a una funciónlineal, sino parabólica. Datos experimentales, permitenestimar el tiempo de recorrido en el ánima entre 0,8 y 1milisegundos, para la mayoría de los casos.
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Tiempo Total de Desarrollo de la Balística Interior
Resumiendo los datos brindados en los puntos que
anteceden, una idea aproximada del tiempo total del
desarrollo de la balística interior de las armas de pequeño
calibre portátiles, queda reflejado en el siguiente cuadro.
Variable Entorno de Tiempo
Retardo a la Percusión De 2 a 6 milisegundos
Retardo a la Ignición 0.2 de milisegundo
Recorrido del Anima De 0,8 a 1 milisegundo
Tiempo Total De 3 a 7,2 milisegundo
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Las Presiones en la Recámara
Es uno de los factores principales a tener en cuenta
a la hora de diseñar un sistema arma-cartucho.
La presión máxima generada en el momento del
disparo, no debe exceder a la que el sistema es
capaz de resistir.
Por supuesto, si el problema es el diseño de un
arma para un determinado cartucho preexistente,
ella deberá soportar hasta una presión de un 30 %
superior a la normal.
Ella es la presión con la cual se deben ensayar las
armas antes de llegar a manos del usuario.
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Las Presiones en la Recámara
La presión en la recámara viene determinada por una serie
de factores de los cuales ya nos hemos ocupado.
El tipo de pólvora, su cantidad y la densidad de carga;
masa, material, forma y longitud de la bala; el calibre, el tipo
y paso del rayado, el forzamiento, etc.
Pero el desarrollo de una presión excesiva en un arma, en el
momento del disparo, puede sobrevenir en no pocas
ocasiones, por causas en buena parte ajenas a cuantas
hemos señalado y a las que no siempre se le concede la
debida importancia.
Un ligero exceso en la carga de pólvora, que en condiciones
normales no superaría los márgenes de seguridad
establecidos, en un cartucho que ha estado expuesto un
largo tiempo al sol en un día caluroso, puede ser la causa
de un serio accidente.CEsBa Rosario
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La Cámara de Combustión
La vaina del cartucho es la cámara donde se produce la
combustión de la pólvora y su forma no es caprichosa.
Desde los tiempos de la pólvora negra, las vainas eran
prácticamente cilíndricas, con una ligera conicidad que
asegurase una fácil extracción y tan largas como era
necesario para alojar la carga de pólvora.
Su diámetro era casi igual a la del ánima, quedando
asentadas en las recámaras merced a la pestaña que
levantaban en el culote.
La pólvora negra ardía viva e instantáneamente, el único
inconveniente que presentaba era la desmesurada longitud
de recámara resultante, cuando se proyectaba un arma larga
de gran potencia, que debía disparar un cartucho con una
vaina de gran longitud. CEsBa Rosario
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La Cámara de Combustión
En el primer empleo de pólvoras sin humo en vainas
cilíndricas, diseñadas originalmente para cartuchos de
pólvora negra, surgieron los inconvenientes inherentes a la
baja velocidad de combustión de estos nuevos propelentes.
Sobraba espacio en estas largas vainas y la presión era tan
reducida que la combustión de la pólvora resultaba
incompleta en el momento en el que la bala abandonaba el
tubo cañón.
Un incremento en la densidad de carga resultaba prohibitivo
por los valores de presión que se alcanzaban.
Fue necesario preparar pólvoras sin humo de características
similares a las de la negra y un importante acortamiento de
las recámara y vainas.
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La Cámara de Combustión
Estas condiciones iniciales, se conservan actualmente en losviejos sistemas para arma corta, pero resulta imposiblemantenerlos en armas largas de gran potencia.
Las recámaras y vainas agolletadas, junto con las modernaspólvoras progresivas sin humo, han resuelto el problemaplanteado.
El espaldón que une al cuerpo de la vaina, ligeramentecónico, con el gollete no solo permite lograr una cámara decombustión de volumen ajustado a las necesidades sino que,además, durante la generación de gases estos sonretenidos, los hace retroceder en su camino de expansióncontribuyendo a mantener los valores de presión acorde a lonecesario, favoreciendo la combustión.
Como resultado, las presiones aunque más elevadas sontambién más uniformes mejorando la velocidad inicial y lapresión.
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Es la relación entre el peso de la carga propulsora y el
volumen disponible en el interior de la vaina, limitado por el
asiento de la bala.
Δ = p/V
Siempre resulta conveniente una elevada densidad de carga
con el objetivo de lograr un cartucho compacto y que el oído
que comunica el alojamiento de la cápsula iniciadora esté en
contacto permanente con el propelente. De esta manera la
iniciación de la carga resulta uniforme y con ella, las
velocidades.
En cartuchos de gran potencia, las mejores densidades de
carga son aquellas comprendidas entre el 75 y el 90 %.
Alrededor del 50 % como mínimo es una densidad de carga
suficiente para la cartuchería de pistola y revólver.
Densidad de Carga
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Densidad de Carga
Elevadas densidades de carga en general no ocasionan
inconvenientes, si la presión se mantiene en los límites
establecidos.
Por el contrario, bajas densidades de carga son fuente de
innumerables inconvenientes.
Según en que parte se acomode la pólvora en el momento
del disparo, la ignición resulta irregular, retrasada, fría y en
consecuencia la velocidad y precisión se ven alteradas
arrojando valores dispares e irregulares.
En los casos de tiros de polígono donde se requieren
reducidas velocidades para disminuir la cantidad de
movimiento que recibe el tirador, las densidades de carga
resultan ser muy bajas.
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Densidad de Carga
En tal caso se recurre al artilugio de rellenar el espacio
vacío, colocando entre la pólvora y la bala, un tapón de
material combustible (en base a nitrocelulosa). De esta
manera el propelente queda confinado y se evita el
fenómeno recientemente aludido.
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Cálculos Balísticos
Como ya se mencionó el estudio de la balística interior
implica analizar el fenómeno químico de la combustión de la
pólvora, el físico de la expansión de los gases generados y el
mecánico del movimiento del proyectil. Para este fin, los
fundamentos de este análisis lo conforman las leyes de la
pirostática y de la pirodinámica. La pirostática, o estudio
de la combustión de la pólvora en vaso cerrado, analiza el
caso de los explosivos accionando sobre sí mismos, sin
producir trabajo exterior. La pirodinámica estudia las causas
de las explosiones y los efectos mecánicos de los
explosivos; llamándose explosión al fenómeno producido por
un grande y rápido aumento de volumen, acompañado de
efectos mecánicos poderosos.
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El Sistema como Máquina Térmica
El cartucho metálico, semimetálico o de cualquier
otro tipo de material de los utilizados en la
actualidad, no resulta ser una pieza más del arma;
tampoco se lo puede considerar como un ente
totalmente aislado.
Es uno de los dos componentes del sistema
químico, térmico y mecánico denominado Arma-
Cartucho.
La catalogación más adecuada resulta de su
encuadramiento dentro de las llamadas Máquinas
Térmicas. Por esto lo compararemos con un
clásico motor a explosión, el cual lo es por
excelencia. CEsBa Rosario
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El Sistema como Máquina Térmica
El motor convencional transforma la energía
almacenada por la naturaleza, en sus formas más
diversas, por ahora el caso más común es el de
las gasolinas o naftas, en energía mecánica que
puede ser transmitida a máquinas, mediante
diferentes mecanismos, o ser utilizada con otros
fines.
En el caso de los sistemas arma-cartucho, la
energía K almacenada en el propelente o pólvora
se transforma en:
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El Sistema como Máquina Térmica
Energía cinética o de traslación del proyectil (Ecp)
Energía de rotación del proyectil (Ecr)
Energía cinética de retroceso
Energía cinética de los gases de combustión
Energía consumida por el rozamiento del proyectil
Calor de combustión transferido al arma y al cartucho
Calor latente de los gases de combustión, que dejan el
arma detrás del proyectil.
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El Sistema como Máquina Térmica Luego:
De la energía térmica liberada durante la
combustión del propulsante, solo una parte se
transforma en aprovechable. Esto sucede en
cualquier máquina térmica.
En nuestro caso, esa energía aprovechable se
traduce en proporcionar al proyectil una adecuada
velocidad en boca y, en el caso de las armas con
ánima estriada, su necesaria velocidad de rotación
de estabilización CEsBa Rosario
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Balística Intermedia
Se ocupa del estudio de las variables que seproducen a partir del momento en que elproyectil abandona la boca del tubo cañón,pero continúa bajo los efectos de laexpansión de los gases de combustión de lapólvora.
Resulta una etapa fundamental, en la cual sedefinen muchas de las variables queterminarán por afectar el correcto vuelo delproyectil en su llegada al blanco.
Continúan vigentes algunas de las leyesanalizadas para la balística interior, pero conel proyectil en vuelo y las variables de labalística exterior. CEsBa Rosario
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Balística Exterior
Se ocupa del estudio de las variables que se
producen a partir del momento en que el
proyectil abandona la boca del tubo cañón, y
han cesado los efectos de la expansión de
los gases de combustión de la pólvora.
Muchas personas creen que las balas vuelan
en una línea recta. Esto es falso. En realidad
viajan en una trayectoria parabólica que se
vuelve más y más curva con el incremento de
la distancia de vuelo y la disminución de su
velocidad.
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Para un determinado proyectil y velocidad, la resistencia del aire
es proporcional a su densidad
Con proyectiles de igual forma y calibre distinto, en un mismo
medio, la resistencia es proporcional a la sección
Para proyectiles de igual masa y calibre, pero de forma
exterior diferente, la resistencia es proporcional al llamado
coeficiente de forma “i”.
Para cualquier proyectil, la resistencia del aire es proporcional a
una cierta función de la velocidad
R = . d² . . i
4f(v)
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RANGO EN
[m]
762 m por
sobre el
nivel del
mar
1.524 m
por sobre
el nivel
del mar
3.048 m
por sobre
el nivel
del mar
100 0,05 0,08 0,13
200 0,10 0,20 0,34
300 0,20 0,40 0,60
400 0,40 0,50 0,90
500 0,50 0,90 1,40
600 0,60 1,00 1,80
700 1,00 1,60 2,40
800 1,30 1,90 3,30
900 1,60 2,80 4,80
1000 1,80 3,70 6,00
El punto de impacto se eleva a medida que aumenta la altitud
Los valores están dados en MOA
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VELOCIDAD DEL PROYECTIL
Ondas de compresión preceden al proyectil, V0 < Vsonido
Los proyectiles que viajan lentamente, crean variaciones de
presión (ruido) que viajan a la velocidad del sonido y que
se adelantan al proyectil. El flujo de aire se ajusta y las
variaciones se disipan. CEsBa Rosario
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VELOCIDAD DEL PROYECTIL
Los proyectiles que vuelan a la velocidad del sonido,
experimentan un importante incremento de la resistencia del
medio a su avance, ya que las variaciones de presión se
acumulan en lugar de disiparse. El proyectil ha alcanzado a las
ondas de presión que va creando con su desplazamiento.
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Variaciones de Presión
VELOCIDAD DEL PROYECTIL
Cuando V0 > Vsonido, el proyectil precede a las ondas y como no
se equilibran las presiones por delante del proyectil, se forma un
frente cónico de choque (onda de choque). Crece bruscamente la
presión. La explosión sónica es el sonido asociado a la onda de
choque.CEsBa Rosario
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EFECTO CORIOLIS
Es el que experimenta cualquier objeto que se desplaza de
norte a sur, o al revés, sobre la superficie de una esfera
como la Tierra, que está rotando sobre su eje.
La rotación de la Tierra (hacia el Este), provoca que los
cuerpos en movimiento (masas de aire, aguas oceánicas o
proyectiles), se desvíen hacia la derecha en el hemisferio
norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. La magnitud
de la desviación depende de la velocidad del objeto y de su
latitud.
Es cero en el Ecuador y máxima en los polos. Los objetos
que se mueven rápido se desvían más que los que se
mueven lentamente. El efecto de Coriolis no tiene influencia
en la energía del movimiento y modifica sólo la dirección.
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FACTORES DE INCAPACITACION
Fisiológicos
Psicológicos
Psicofisiológicos
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PSICOLOGICOS
La incapacitación resulta totalmente impredecible.
Se ha comprobado que la reacción humana puede variar
desde una total indiferencia, a la incapacitación instantánea
aunque el disparo hubiese fallado al blanco.
Generado por situaciones difundidas por los medios de
comunicación masivo, particularmente la televisión y el
cine, se ha popularizado que ante un impacto de bala, el
cuerpo humano debe naturalmente desmoronarse y caer al
suelo.
El Dr. Wolberg lo denomina el síndrome "MI DIOS, ME
HAN PEGADO UN TIROCEsBa Rosario
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PSICOFISIOLOGICOS
Causa estudiada en los últimos años por los especialistas
en heridas balísticas. La sobrevaloración de la transferencia
de energía.
El Dr. Martin Fackler, en la reciente publicación de “Wound
Ballistics Review”, identifica a este colapso inconciente
como Desmayo Emocional.
Es un mecanismo psicofisiológico originado en una causa
psicológica conocido como “shock neurogénico” o “shock del
dolor”.
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PSICOFISIOLOGICOS
Emociones fuertes pueden causar la dilatación de los vasos
sanguíneos diseminados por el cuerpo.
Estos vasos tienen un sistema muscular que les permiten
contraerse o dilatarse según necesidad. Usualmente están
semicontraídos, pero impulsos del sistema nervioso
simpático pueden producir su dilatación completa,
aumentando la capacidad vascular.
No tiene relación alguna con los efectos causados por el
proyectil.
Resulta impredecible, y en raras ocasiones afecta a los
delincuentes con antecedentes en enfrentamientos
armados.
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FISIOLOGICOS
Mecanismos de generación de la herida.
“Canal de herida" o "cavidad permanente“.
Su tamaño o volumen define a los órganosafectados y el flujo de sangre que se perderá.
Resulta razonablemente predecible en función delas características del proyectil y la zona deimpacto.
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“Cavidad Temporaria"
Formada por el estiramiento lateral del tejido.
Ondas de presión generadas por la fuerza centrífuga queproduce el giro del proyectil.
El daño provocado dependerá del límite elástico del tejidoafectado.
La velocidad a la que trabajan los proyectiles.
En al caso de armas cortas, no debe tenerse en cuenta parapredecir el canal de herida.
En este mismo caso, efectos extremadamente variables,erráticos e incluso inexistentes.
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Composición y Estado del Blanco
FACTORES QUE GENERAN LA HERIDA
Angulo de Ataque en el Impacto
Elasticidad de los
Tejidos
Huesos
Blancos Interpuestos
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Metodos de Evaluación
Ganado vivo y cadáveres
humanos (Thompson-Lagarde)
Información de la Calle
(Marshall y Sanow)
Arcilla Balística
Gelatina Balística
Jabón Balistico
Machos de Cabras de los
Alpes Franceses (Test de Estrasburgo)
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FACTORES QUE GENERAN LA HERIDA
Velocidad
Masa
Energía Cinética
Configuración
del Proyectil
Ec = ½ m . v 2
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Munición para Fuerzas de Seguridad
Tipos y Conceptos en el Diseño de las
Municiones
Fragmentables
Ultralivianas de
Alta Velocidad
Deformables
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