発射物

Object propelled through the air

砲兵から発射される砲弾

発射体とは、外力によって推進され、その後重力と空気抵抗の影響下で自由に移動する物体のことである。^{[1] [2]宇宙空間を}移動する物体はすべて発射体であるが、戦争やスポーツでよく見られる（例えば、投げられた野球ボール、蹴られたフットボール、発射された弾丸、放たれた矢、カタパルトから発射された石など）。^{[3] [4]}

弾道学では、発射、飛行、衝突を通じた弾丸の軌道を解析するために、数学的な運動方程式が使用されます。

原動力

第二次世界大戦で使用された巨大な シュヴェラー・グスタフ砲の弾丸と薬莢。ほとんどの弾丸兵器は、ガスの圧縮または膨張を動力源として利用している。

吹き矢や空気銃は圧縮ガスを使用しますが、他のほとんどの銃や大砲は、無煙火薬などの推進剤による化学反応によって放出される膨張ガスを利用します。軽ガス銃はこれらのメカニズムを組み合わせて使用​​します。

レールガンは電磁場を利用して装置の全長にわたって加速し、銃口速度を大幅に向上させます。

一部の発射体は、ロケットエンジンまたはジェットエンジンによって飛行中に推進力を得ます。軍事用語では、ロケットは無誘導ミサイル、ミサイルは誘導ミサイルと呼ばれます。「ロケット」には2つの意味（兵器とエンジン）があることに留意してください。ICBMはロケットエンジンを搭載した誘導ミサイルです。

爆発は、兵器によるものか否かに関わらず、破片を複数の高速弾として作用させます。爆発性兵器や爆発装置は、ケースの破片によって多数の高速弾を生成するように設計されている場合もあります。これらは正確には破片と呼ばれます。

スポーツでは

野球では時速105マイル（169 km/h）のボール速度が記録されている。^[5]

投射運動において、投射物の質量に作用する最も重要な力は推進力です。多くのスポーツにおいて、推進力は投射物（ボール、ディスク、やり、ハンマー、ダーツ）を加速させる筋肉によって供給され、推進力が強いほど、投射物はより速く、より遠くまで飛びます。ピッチング、ボウリングを参照してください。

武器として

投射物

多くの発射体、例えば砲弾は、爆発性の炸薬やその他の化学物質、あるいは生物学的物質を運ぶことがあります。爆発性のペイロード以外にも、発射体は火災（初期の熱兵器も参照）や中毒（矢毒も参照）といった特殊な損傷を引き起こすように設計されることもあります。

運動エネルギー弾

ホーミングオーバーレイ実験では、打ち上げ時に巻き上げられ、飛行中に展開される金属製のファンが使用されました。この金属は、同重量の爆発性弾頭の5倍の破壊力を持っています。

運動エネルギー兵器の試験サンプル。7グラム（ 1 ⁄ 4オンス）のポリカーボネートプラスチック片を、7 km/s（23,000 ft/s）の速度でアルミニウムブロック に向けて発射し、銃口エネルギーは171,500 J（126,500 ft⋅lbf）に達した。一般的な弾丸の銃口エネルギーは数千ジュールだが、巨大な.950 JDJ弾では20,000 J（15,000 ft⋅lbf）に達する。

運動エネルギー兵器（運動エネルギー兵器、運動エネルギー弾頭、運動弾頭、運動エネルギー発射体、運動エネルギー破壊車両とも呼ばれる）は、爆発性、焼夷性、化学性、または放射線性のペイロードを使用せずに、発射体の運動エネルギーのみに基づいてターゲットに損傷を与える発射体兵器です。すべての運動エネルギー兵器は、一般に超音速または極超高速に達する高飛行速度を達成して ターゲットに衝突し、運動エネルギーと相対的な衝撃を破壊的な衝撃波、熱、およびキャビテーションに変換することによって機能します。無動力飛行の運動エネルギー兵器では、銃口速度または発射速度によって運動エネルギー発射体の有効範囲と潜在的な損傷が決まることがよくあります。

運動エネルギー兵器は人類史上最も古く、最も一般的な遠距離兵器であり、発射体には岩や球状の弾丸などの鈍い発射体、矢、ボルト、ダーツ、ジャベリンなどの尖ったミサイルから、銃弾、フレシェット、貫通体などの現代の先細りの高速衝撃装置まで多岐にわたります。一般的な運動エネルギー兵器は、発射体を機械的に（筋力、機械的利点装置、弾性エネルギー、または空気圧によって）または化学的に（銃器と同様に推進剤の燃焼によって）加速しますが、新しい技術により、レールガン、コイルガン、マスドライバーなど、電磁的に発射された発射体を使用する潜在的な兵器の開発が可能になっています。宇宙戦争用に設計された運動エネルギー爆撃兵器の場合のように、重力によって加速される概念兵器もあります。

ヒット・トゥ・キル、あるいはキネティック・キルという用語は、軍事航空宇宙分野でも、ロケットエンジンによって加速される運動エネルギー兵器を指すために用いられます。この用語は主に弾道ミサイル迎撃兵器（ABM）や衛星攻撃兵器（ASAT）の分野で用いられてきましたが、現代の対空ミサイルの中にはキネティック・キル・ビークルと呼ばれるものもあります。ヒット・トゥ・キル・システムは、対戦車分野で広く使用されている、より広義の運動エネルギー弾の一種です。

有線発射体

一部の発射体は、発射後もケーブルによって発射装置に接続されたままになります。

• 誘導用：有線誘導ミサイル（射程距離最大4,000メートルまたは13,000フィート）
• テーザー銃（最大射程距離 10.6 メートルまたは 35 フィート）のように電気ショックを与えるため。それぞれケーブルの付いた 2 つの発射体が同時に発射される。
• 捕鯨用の銛のようにターゲットをランチャーの方へ引き寄せたり、グラップリングフックのようにランチャーをターゲットに引き寄せたりして、ターゲットと接続します。

典型的な発射速度

発射物	スピード				比運動エネルギー（J/kg）
	（MS）	（km/h）	（フィート/秒）	(mph)
物体が1m落下（真空中、地表）	4.43	15.948	14.5	9.9	9.8
物体が10m落下（真空中、地表）	14	50.4	46	31	98
投げられた棍棒（熟練の投げ手）	40	144	130	90	800
物体が100m落下（真空中、地表）	45	162	150	100	980
洗練された（柔軟な）アトラトルダーツ（熟練した投げ手）	45	162	150	100	1,000
アイスホッケーのパック（スラップショット、プロ選手）	50	180	165	110	1,300
80ポンド引きピストルクロスボウボルト	58	208.8	190	130	1,700
150ポンドの中世の戦弓から発射された戦矢	63	228.2	208	141	2,000
40mmグレネードランチャーから発射された鈍的衝撃弾	87	313.2	285	194.6	3,785
マーカーから発射されたペイントボール	91	327.6	300	204	4,100
175ポンドのクロスボウボルト	97	349.2	320	217	4,700
6mmエアソフトペレット	100	360	328	224	5,000
エアライフルBB弾 4.5mm	150	540	492	336	11,000
エアガンペレット .177インチ（マグナムパワーエアライフル）	305	878.4	1,000	545	29,800
9×19mm （拳銃の弾丸）	340	1224	1,116	761	58,000
12.7×99 mm （重機関銃の弾丸）	800	2,880	2,625	1,790	32万
ドイツ軍タイガーI 88mm砲（砲弾 - Pzgr. 39 APCBCHE）	810	2,899	2,657	1,812	328,050
5.56×45mm（現代の多くのライフルで使用されている標準弾）	920	3,312	3,018	2,058	47万
20×102mm（戦闘機の砲に使われる標準的なアメリカの砲弾）	1,039	3,741	3,410	2,325	54万
25×140mm（APFSDS、戦車貫通弾）	1,700	6,120	5,577	3,803	140万
2kgタングステンスラッグ（実験用レールガンより）	3,000	10,800	9,843	6,711	450万
MRBM 再突入体	最大4,000	最大14,000	最大13,000	最大9,000	最大8,000,000
軽ガス銃の弾丸	最大7,000	最大25,000	最大23,000	最大16,000	最大24,000,000
低軌道衛星	8,000	29,000	2万6000	19,000	32,000,000
大気圏外キルビークル	約10,000	約36,000	約33,000	約22,000	約50,000,000
低軌道上の発射体（例：宇宙ゴミ）と標的	0～16,000	約58,000	約53,000	約36,000	約1億3000万
LHCの7TeV粒子 [ 6 ]	299,792,455 [注 1]	1,079,252,839	983571079	6億7061万6536	約6.7 × 10 20 [注2]

運動方程式

水平に対して角度をつけて投射された物体は、速度の垂直成分と水平成分の両方を持ちます。y軸上の速度の垂直成分は で与えられ、水平成分は です。特定の角度 で投射された物体については、様々な計算方法があります。 ${\displaystyle V_{y}=U\sin \theta }$ ${\displaystyle V_{x}=U\cos \theta }$ ${\displaystyle \theta }$

1. 最大高度に到達する時間。これは（）で表され、発射体が投影面から最大高度に到達するのにかかる時間です。数学的には、 は重力加速度（約9.81 m/s²）、は初速度（m/s）、 は発射体が水平軸となす角度です。 ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle t=U\sin \theta /g}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle U}$ ${\displaystyle \theta }$

2. 飛行時間（）：これは、発射体が投射されたのと同じ平面に落下するまでにかかる合計時間です。数学的には と表されます。 ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle T=2U\sin \theta /g}$

3. 最大高度（）：これは、発射体が到達した最大高度、または発射体が垂直軸（y軸）上で移動した最大変位です。これは で表されます。 ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle H=U^{2}\sin ^{2}\theta /2g}$

4. 射程距離（）：発射体の射程距離は、発射体が水平方向に（x軸上で）移動する距離です。数学的には、です。射程距離は角度が45°のとき最大になります。 つまり、 です。 ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle R=U^{2}\sin 2\theta /g}$ ${\displaystyle \theta }$ ${\displaystyle \sin 2\theta =1}$

参照

• 非ヒト生物による投射物の使用
• 旅費

注記

1. 99,9999991% cにほぼ相当します。
2. 陽子の静止質量との関係において。

参考文献

1. Pius, Okeke; Maduka, Anyakoha (2001).高校物理学. Macmillan, ラゴス, ナイジェリア.
2. "projectile". merriam-webster.com . 2017年4月13日閲覧。
3. 「発射体」. The Free Dictionary . 2010年5月19日閲覧。
4. "発射体". Dictionary.com . 2010年5月19日閲覧。
5. Pepin, Matt (2010年8月26日). 「Aroldis Chapman hits 105 mph」. Boston.com . 2010年8月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年8月30日閲覧。
6. 「事実と数字」欧州原子核研究機構（CERN ）2008年。2018年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月2日閲覧。

• ハイディ・クネヒト（2013年6月29日）. 発射体技術. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4899-1851-2。

外部リンク

• オープンソース物理学コンピュータモデル
• 発射体モーションアプレット
• 別の発射体モーションアプレット

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