Nehéz vs.

Abban a pillanatban, amikor egy nyíl elhagyja a húrt, a legnagyobb sebességgel halad, és azonnal lassítani kezd. Sok szó esik arról, hogy egy nyíl mekkora mozgási energiával és lendülettel rendelkezik, de a legtöbb az íj által előidézett kezdeti sebesség köré koncentrálódik. Sokkal fontosabb azonban, hogy a nyíl mekkora sebességgel, mozgási energiával és lendülettel rendelkezik az ütközési ponton, különösen íjvadászatban, ahol a nyílnak hatékonyan be kell hatolnia egy állatba. Ez a cikk három részre oszlik:

I. rész: annak megvitatása, hogy a nyíl súlya hogyan befolyásolja a lefutási sebességet, a mozgási energiát és a lendületet
II. Rész: matematikai áttekintés a fenti megbeszélésről, hogy jobban megértsük, mi történik valójában
III. Rész: a kísérleti lövöldözés valós eredményei

A legtöbb olvasó profitálni fog az I. részből, amikor verbálisan megvitatom, mi történik, miután a nyíl elhagyja a húrt. Sokan nem fogják értékelni a II. Részt, miközben elmélyülök a matematikában és a fizikában, bár sokan élvezni fogják, és nem árt az érzésemnek, ha ezt a részt kihagyja! Mérnöki és fizikai geek vagyok, ezért viseljen velem. Valószínűleg a III. Rész lesz a legérdekesebb szakasz, mivel tényleges kísérleti számokat használnak az előző részek elméleteinek és leírásainak tesztelésére.

I. rész: Nehéz és könnyű nyilak, a nyíl lassulásának megbeszélése

A nyilak úgy érik el a sebességet, hogy meghúzzák az íjat (az íjász hozzáadja az energiát), majd elengedik őket (az íj végtagjaitól a húron keresztül és a nyíl felé szállítja az energiát.) Abban a pillanatban, hogy egy nyíl elhagyja a húrt, már nincs erő, amely nyomja és gyorsítva a nyíl. Amint a nyíl repül, az egyetlen rá ható külső erő, amely befolyásolja a sebességét és teljesítményét, az a lassító légellenállás, amelyet húzóerőnek nevezünk. A nyíl teljes húzásmennyisége a nyíl alakjának, a nyíl sebességének és a levegő sűrűségének a tényezője. Mivel a lánc elhagyása után nincs lendület vagy bármi más, ami a nyíl repülését szolgálná, a húzás önmagában határozza meg a nyíl lassulását a repülés hátralévő részében.

Figyeljünk két azonos nyílra a külső oldalon, azonos tengelyátmérővel, bordákkal, hegyessel és csúccsal. Egy nyíl nagyon könnyű, és egy sokkal nehezebb. Az érvelés egyszerűsége érdekében mindkét nyílnak ugyanazt a gerincét tekintjük. Ha mindkét nyilat ugyanazon az íjból lövi ki, akkor a könnyebb nyíl természetesen gyorsabb lesz az üres tartományban. Azonban a nehezebb nyíl nagyobb kinetikus energiával és lendülettel hagyja el az íjat, mivel az íj hatékonyabban juttatja energiát a nyílba (erről további vitát az Arrow Kinetikus Energia és Lendület cikkében talál.)

Annak megállapításához, hogy egy nyíl mekkora húzást tapasztal repülés közben, ismernie kell a vonóerő-együtthatót. A vontatási együttható egy dimenzió nélküli szám (egy szám, amelyhez nincs hozzárendelve egység, például hüvelyk, font stb.), Amely leírja, hogy az objektum mennyire aerodinamikus. Ezt a számot a test alakja határozza meg, vagy kísérletileg, vagy a folyadékmechanikai szövegekben vagy más helyeken található táblázatokban keresve megtalálható. Könnyű és nehéz nyilaink esetében ez a szám megegyezik, mert kívülről méretileg egyenértékűek.

Miután a nyíl ellenállási együtthatója és sebessége ismert, a nyíl repülés közbeni vonóereje meghatározható. A nyíl sebességének növekedésével növekszik a nyílra ható húzóerő is. Minél gyorsabb a nyíl, annál nagyobb erő próbálja lassítani. Így a gyorsabb nyílnak nagyobb ereje lesz, ami kezdetben lelassítja.

Ehhez a szakaszhoz meg kell érteni egy egyenletet (ígérem, csak egyet!); Newton második mozgástörvénye: F = m * a (erő = tömeg szorozza meg a gyorsulást.) Ez az egyszerű törvény kimondja, hogy minél nagyobb a tárgyra kifejtett erő, annál gyorsabban gyorsul fel. Továbbá, minél nagyobb a tömeg, annál nehezebb gyorsulni. A repülő nyíl esetében az erő a nyíl előre irányuló mozgása ellen hat, és a nyíl lassulást tapasztal. A könnyebb, gyorsabb nyílra ható erő így gyorsabban lassítja a nyílvesszőt, mint a nehezebb, lassabb nyíl.

Tipikus íjász távolságoknál a könnyebb nyíl szinte mindig nagyobb sebességet fog fenntartani, mint a nehezebb nyíl. Annak ellenére, hogy a könnyebb nyíl gyorsabban lassul, sokkal gyorsabban indult el, és a nehezebb nyíl is lassul. Mivel a nehezebb nyíl lassabban lassul, az eredeti sebesség nagyobb százalékát tartja fenn, mint a gyorsabb nyíl. Ne felejtsük el, hogy a nehezebb nyílnak nagyobb a mozgási energiája és lendülete, mint a könnyebb nyílnak már indításkor. Ez a rés csak növekszik, ha a nyilak lefelé haladnak.

Ez az egész vita inkább a lassabb, nehezebb nyilakat részesíti előnyben, mivel több okból is nagyobb a hatalom. Van azonban egy hátránya. A könnyebb nyíl kevésbé fog esni a cél teljes távolságán, és így kevésbé függ a pontos távolságbírálattól (vegye figyelembe, hogy kevésbé pontos vagyok; a pontos távolságbírálás továbbra is rendkívül kritikus!) folytassa a One Pin to Negyven yard cikket.

Remélhetőleg mindennek van néhány alapvető értelme. Olvassa tovább a matematikai bizonyítékot és a fizika mögötti jobb megértést a történésekről.

II. Rész: A nehéz és könnyű nyilakkal végzett matematika és fizika

Ebben a szakaszban mélyebben megvizsgáljuk a fizikát és a matematikát annak hátterében, ami egy nyíl elhagyja az íjat. A fent röviden említett alapvető egyenlettel kezdjük: F = m * a. Az íjhúr első felszabadításakor a végtagokban tárolt energia (Potenciális energia, PE) felgyorsítja az íjhúrot és így a nyíl előre. Van egy pozitív erő F jobb kéz irányában és pozitív gyorsulás a ugyanabba az irányba. A nyíl felgyorsítja a sebességet, amíg el nem hagyja a húrt, ekkor egy végtelen kis pillanatig nettó nettó erő van.

Abban a pillanatban, hogy a nyíl elhagyta a húrt, az egyetlen erő, amely a nyílra fékez, lassítja azt F (húzás), ami a nyíl levegőjének okozta ellenállása (egyelőre elhanyagoljuk a nyíl lefelé húzó gravitációs erőt.) Ez az erő balra hat. Most, hogy az erő megfordította az irányokat, a gyorsulás is így van, és ezen a ponton a nyíl már nem gyorsul, hanem inkább negatív (bal oldali) irányban lassul. Mindezek alatt a mise, m, változatlan maradt.

Most vessünk egy pillantást két olyan nyílra, amelyek abszolút azonos külső jellemzőkkel rendelkeznek (tengelyátmérő, lapátok, hegy stb.), Azonos tüskék, de különböző súlyúak. A kezdeti egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy mindkettő pontosan azonos sebességgel hagyja el az íjat. Ez természetesen azt jelenti, hogy több energiát fordítottak az íj visszahúzására annak érdekében, hogy több energiát vigyenek a nehezebb nyílba. Miután mindkét nyíl elhagyta az íjat, mindkettő pontosan ugyanazt a vonóerőt éli meg, mint egymás. Ennek oka, hogy a húzóerő a nyíl külső fizikai jellemzőinek függvénye. Ha mindkét íj azonos F (húzás), de különböző tömegek, akkor az F = m * a igaz érvényesüléséhez a nehezebb nyílnak lassabbnak kell lennie! Ha mindkét nyíl azonos sebességgel hagyja el az íjat, akkor a könnyebb nyíl, amelynek nagyobb lassulása van, gyorsabban elveszíti a sebességet, és kissé később, lassabban érkezik a célhoz.

Sajnos a legtöbb eset nem ilyen egyszerű. Általánosságban elmondható, hogy az íjász/íjvadász aggódik amiatt, hogy az ugyanazon íjból származó különböző nyilak, ugyanolyan húzósúlyt lőve, hogyan fognak teljesíteni. Ebben az esetben, feltételezve, hogy mindkét nyíl megfelelően be van fonva, a nehezebb nyíl kisebb sebességgel hagyja el az íjat. A nehezebb nyíl azonban nagyobb lendülettel és mozgási energiával is elhagyja az íjat, mert az íjak nehezebb nyilakkal jobban képesek átalakítani a potenciált kinetikus energiává (további részletekért lásd a cikket a lendületről és a kinetikus energiáról.) Mivel a lendület és a a kinetikus energia egyaránt magában foglalja a nyíl sebességét, és mivel a nehezebb nyíl megtartja a kezdeti sebességének nagyobb részét, az eredeti kinetikus energiájának és lendületének magasabb százalékát fogja fenntartani!

Most legyünk még bonyolultabbak! Emlékezzünk az első esetben arra, hogy mivel mindkét nyíl sebessége azonos volt, ugyanazt a vonóerőt is tapasztalják. A második példában a nyilak sebessége eltérő volt, mivel az íj húzósúlyát állandóan tartották. Ebben az esetben a húzóerők nem azonosak. Ennek oka a húzási együtthatók eltérése. Ezt a következő képlettel lehet kiszámítani:

Itt F (húzás) a húzóerő, o (rho) a levegő sűrűsége, V a levegő sebessége és A a nyíl keresztmetszeti területe, ha fejjel nézzük. A húzási együttható állandó, amely teljes mértékben függ az objektum geometriájától. Mivel azonos külső jellemzőkkel rendelkező nyilakat lövöldözünk, mindkét nyíl húzási együtthatója egyenlő. Esetünkben a terület azonos, a levegő sűrűsége megegyezik és természetesen az ellenállási együttható is megegyezik. Így csak a két változó a vonóerő és a sebesség. Alaposan megnézve a képletet, láthatjuk, hogy a sebesség növekedésével a húzóerőnek is növekednie kell annak érdekében, hogy a húzási együttható ugyanaz maradjon. Valójában a húzóerő a sebesség négyzetével arányosan növekszik. Ez azt jelenti, hogy a sebesség növekedésével a húzóerő nagyon megnő!

Visszatérve a példánkhoz: ha a könnyebb nyíl gyorsabban halad, mint a nehezebb nyíl, nagyobb sebessége miatt nagyobb vonóerőt tapasztal, mint a nehezebb nyíl. Ha emlékezünk az F = m * a körüli megbeszélésekre, és most már tudjuk, hogy a könnyebb nyíllal szemben ható erő nagyobb, mint a nehezebb nyíl, könnyen belátható, hogy a könnyebb nyíl még nagyobb lassulási sebességet fog tapasztalni, mint ha ugyanazon az úton haladna sebesség, mint a nehezebb nyíl.

Összefoglalva: a könnyebb nyilak, amelyeket ugyanabból az íjból lőttek, mint a nehezebb nyilak, két dolog miatt gyorsabban lassulnak, mint a nehezebb nyilak: először a tömeg kisebb, így a vonóerőnek nagyobb hatása van, másodszor pedig a nagyobb sebesség okozza a az erő nagyobb legyen.

Szélsőséges példa lenne egy teljesen habból készült nyíl (de ez valahogy elég merev volt ahhoz, hogy hangolható legyen) és egy szokásos nyíl. Feltételezve, hogy mindkét nyílnak ugyanazok a külső jellemzői vannak, és hogy ugyanabból az íjból lövik őket, a hab nyíl elhagyná az íjat és sokkal nagyobb kezdeti sebességgel, de az intuíció azt mondja, hogy nagyon gyorsan lelassul. A szabályos, nehezebb nyíl sokkal lassabban hagyná el az íjat, de sebességtartományának sokkal nagyobb százalékát tartja fenn lefelé. Valójában a szokásos nyíl még a habnyíl lefelé is áthalad, annak ellenére, hogy lassabban indult! Általánosságban elmondható, hogy a legtöbb nyíl azon a normán belül, amelyet az íjászok lőnek, és ahol a súlykülönbségek nem annyira extrémek, a nehezebb nyíl soha nem haladná át a könnyebb nyilat, de több kinetikus energiát és lendületet tartana fenn. Mivel a nehezebb nyíl nagyobb mozgási energiával és lendülettel indul, ez jelentős hatással lehet az energia és a lendület különbségére, amelyet a két nyíl az ütközési pontnál.

Azok számára, akik nagyon szeretnének belemenni a matematikába, készítettem egy rövid példát, amely bemutatja, hogyan lehet megtalálni a húzóerőt és a lassulást. Ebben az esetben egy valódi nyíl tényleges vonóerejét számoltam ki CFD (számítási folyadékdinamika) segítségével. Ez kísérletileg is megtalálható egy légalagút és erőmérők segítségével:

Ennek a nyílgeometriának a tényleges húzási együtthatójának ismerete lehetővé teszi a hasonló súlyú és kezdeti sebességű nyilak lassulásának kiszámítását. Nagyon fontos megérteni, hogy ezeket a számításokat feltételezésként tökéletes hangolással és tökéletes nyílrepüléssel végzik. Ha egy nyíl súlyát növeli további pontsúly hozzáadásával, akkor a nyíl gerince csökken, és a nyíl nem biztos, hogy olyan hatékonyan veszi fel az energiát a lövés íjából (a túlzott hajlítás miatt), és továbbra is energiát veszít lefelé nagyobb sebességgel. Viszont fordítva, ha túl sok pontsúlyt veszítünk, a nyíl túl merev és túl alacsony FOC-értékűvé teheti az egyenletes, stabil repülést és ezáltal nagyobb energiaveszteséget is tapasztalhat. Ez csak két példa azokra a változókra, amelyek mindenféle változatot okozhatnak a valós világ nyílrepülésében. Ennek ellenére az itt tárgyalt képletek és elmélet igaz, és helyesen megértve fontos tényezőkké válhatnak az íjász és az íjvadászok nyilainak kiválasztásában.

III. Rész: Kísérleti adatok a nehéz és könnyű nyilakkal végzett repülésről

A cikknek ez a része a valós számokkal foglalkozik, amikor egy könnyű nyíl lő egy nehezebb nyíllal szemben, és a különböző távolságokon mért sebességeket. A különböző nyilak sebességének különböző távolságokon történő mérésével könnyen kiszámítható, hogy melyik nyíl tartja fenn nagyobb sebességét, ezáltal kinetikus energiáját és lendületét lefelé.

Bevezetési és íjász felszerelések teszteléshez

Tesztfelszerelés ehhez a lövöldözéshez

Ha érdekel a matematika és az elmélet, hogy a nyilak hogyan lassulnak az íj elhagyása után, kérjük, először olvassa el a fenti cikket. Ehhez a teszthez két nyilat fogok használni, amelyek kívül gyakorlatilag megegyeznek egymással, de az egyiket egy extra tengellyel és a belsejében rétegzett súlyokkal fogják súlyozni.

Ezek az első számok két Victory VForce HV nyíl használatából származnak, az egyik standard súlya 326 szem, a másik pedig 1516 alumínium tengellyel van rétegezve a belsejében, súlya 580 szem. A nehezebb nyílnak a pont közelében lévő belső oldalán is van további súlya annak érdekében, hogy mindkét nyíl FOC-ja közel azonos maradjon. Mindkét nyíl FOB-kat használ a fletchingshez.

Az összes nyilat az Elite Envy szettemből lőtték, 29 hüvelyk és 60,2 font között. és Easton Pro Chronográffal készültek.

Ehhez a teszthez minden nyíllal hét lövést lőttem a vakterületen, 10 yardot és 20 yardot; aztán kidobtam a legnagyobb és a legkisebb sebességet, öt sebességet hagyva átlagolni az eredményekhez. Az egyes szettek összes sebessége +/- 0,4 kép/mp-en belül volt.

A nyíl sebességének vizsgálata

Sebesség (fps)	KE	Lendület	Váltás 0 yardról
326 szemek	0 yard	316.4	72.3	0,457	KE	Lendület
10 yard	308.6	68.8	0,446	4,85%	2,45%
20 yard	299.2	64.7	0,432	10,55%	5,42%
580 szemek	0 yard	243.1	76.0	0,626	KE	Lendület
10 yard	239.6	73.9	0,617	2,81%	1,42%
20 yard	235.3	71.3	0,606	6,27%	3,18%

A tényleges tesztelési eredmények követik, amit elvárhatnánk a korábban tárgyalt elmélettől és matematikától. Szeretném kipróbálni a sebességeket további távolságokra, és a jövőben is meg fogom tenni, hogy jobb képet kapjak a viselkedés csökkenéséről.

Érdekes látni, hogy a könnyebb nyíl mennyivel lassítja és dobja kinetikus energiáját és lendületét. A könnyebb nyíl 40-45% -kal gyorsabban veszít sebességéből, mint a nehezebb nyíl. Az üres tartományban a nehezebb nyíl 3,7 ft-lb-vel kezdődik. a KE több mint a fény, és csak 20 yardnyira volt 6,6 ft-lbs. további KE. Azt mondanám, hogy ez jelentős különbség!

Természetesen az extra KE és lendület költségekkel és pályával jár. A nehezebb nyíl lényegesen többet fog esni minden távolságban, és a yardage becslés sokkal kritikusabbá válik. Az öngyújtó nyíllal végzett három-öt yardos téves ítélet még mindig tiszta ölést eredményezhet egy állatra, míg a nehezebb nyíllal valószínűleg sokkal gyengébb lövést vagy akár teljes hiányt eredményezhet.

Ennek ellenére a gyors nyíl használata nem helyettesíti a yardage becslés gyakorlatát, vagy ha lehetséges, távolságmérő használatát. Minden íjásznak ismernie kell saját felszerelését, és saját döntéseket kell hoznia a nyíl súlyáról a vadászott vadaktól és a vadászat helyétől függően. Ismerje felszerelését és gyakoroljon vele folyamatosan!

Jövőbeni tesztelés

A jövőben azt tervezem, hogy negyven vagy több yardra teszek teszteket, valamint könnyebb és nehezebb nyilakkal. Van néhány 262 gabona Speed Pro Max nyilam arra az célra, amellyel jó szórakozást lehet játszani (igen, 60 fontra fogom lőni őket, nem ajánlott!) Néhány különböző típusú fletchet (4 ″ tollat, 1,6 ″ lapátok) és változó spirális/eltolások is, hogy lássák, mennyire befolyásolják a sebességet.