銃を撃ったときの反動

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question …

ここにページに書かれていますが、
防弾チョッキを着ていたとしても、
衝撃で肋骨が折れたりなど、至近距離だとそのまま死に至ったりするそうです。

それで疑問に思ったのですが、
銃の弾はたとえ体全体で衝撃を分散させたとしても
人の骨に折る程度のダメージを与えるほどの威力があるということになります。
銃を撃ったときに弾を外に押し出すためには、
その反作用として銃本体や銃を持っている手にその反動が加わるはずですが、
その反動で腕が折れたりしないのはなぜなのでしょうか？

No.16 回答者： Ganymede 回答日時： 2014/04/19 01:40

「力積（りきせき）」、「剛体」で考えてみてください。

力積とは、力と、それが作用した時間との積です。高校で習ったと思いますが、力積は、その力を受けた物体の運動量の変化に等しいです。運動量とは、物体の質量と速度との積です。

弾丸に運動量を与えるのは、火薬の燃焼ガスの圧力です。この圧力をFとしましょう（Fの時間変化など、細かい話はここでは省く）。弾丸が銃身を通っている間（その時間をtとする）、弾丸はFで押されています。その結果、力積 Ft を受けます。
銃身を長くすれば t は大きくなり、（Fが特に大きくなくても）Ftは大きくなり、弾丸の運動量も大きくなります。

銃の薬室というか火薬の燃焼室の内壁も、Fで押されています。それがご質問の「反動」の元になるわけですが、銃は弾丸よりはるかに重いので、力積Ft（運動量の変化に等しい）を質量で割って得られる銃の反動速度は、弾丸の速度に比べて遥かに小さいです。比較して遥かに小さいということであって、まあ反動速度もゆっくりではありませんが。
その小さい反動速度を、撃った人は腕または体全体で受け止めます。

一方、被弾した人は弾丸の運動量を受け止めるわけですが、それを力積で考えましょう。弾丸が銃身を通っていた時間 t1 よりも、被弾者の弾丸受け止め時間 t2 が短ければ、被弾者が受ける力は大きくなります。さっきのFより大きくなるわけです。
たぶん、t2はt1より短いのではないでしょうか。

また、銃は剛体と見なせますが（剛体でなければ、撃った時に変形してしまう）、防弾チョッキは（材質にもよりますが）剛体ではないでしょう。
剛体とは、外力が加わっても形や大きさの変わらない、力学上の仮想的な物体です。高校で習ったと思いますが、剛体に外力を加えたとき、その外力は剛体の質点（重心）に加わったものと見なすことができます。言い換えれば、その剛体が一体となって受け止めているわけです。
しかし、防弾チョッキは剛体ではないので、銃弾の力は防弾チョッキの一部分にかかっていきます。剛体である銃は、前述のように「弾丸よりはるかに重い」ことを活かせますが、防弾チョッキはそのようには行かないのです。したがって、反動速度というか、受動速度が大きくなります。防弾チョッキは被弾すると変形して、一部分だけが急激に動くのです。その大きい受動速度を、被弾者が受け止めることになります。

No.15 回答者： mazeran 回答日時： 2014/04/18 19:01

レスポンスありがとうございます。

No,7です。

やはりこれは「物理」のカテゴリですね。

「エネルギ」と「力」を混同しておられるようです。

>構え方が重要で撃つ瞬間が分かるから、というのであれば、
>撃たれる側も撃つのと同じ姿勢をして、鉄の盾か何かを持っていれば、
>無傷でいられるということはないでしょ？
　　いえいえ、無傷でいられる場合があります。
　　先にも書いたように、鉄の盾が十分重く、弾が貫通しなければ無傷どころか、
　　弾が当たった感覚さえないです。

>質量が銃本体の方が数十倍大きいというのは納得できるのですが、
>同じく大きな質量をもった防弾チョッキを着ていても骨折したり気を失ったりする話を聞くので
>これも納得がいかないのですが。
　　これは「圧力」と言う「力」による現象であり、「エネルギ」とは直接関係ありません。
　　「エネルギ」とは、仕事ができる「能力」のことなので、いくら能力はあっても、条件によって
　　は、力が発揮できないものなんです。

ここは「物理」のカテではないので数式などを使わずに済ませたいのですが、「エネルギ」と「力」の違いを理解する必要があると感じます。
でないと、いつまでたっても回答に対して理解はできないはずです。

検索すればすぐに理解できるものと思いますので、一度行ってみてください。

No.14 回答者： keyaki4 回答日時： 2014/04/18 18:47

返信です

拳銃には正しい持ちがあります。腕を伸ばしてしっかり持って撃たないと怪我します。
２丁の同じ拳銃を左右の手にそれぞれ持って、銃口を向き合わせて右手の拳銃を発射した場合、持ち方が悪いため、両手とも怪我をするでしょう。

No.13 回答者： lv4u 回答日時： 2014/04/18 18:15

No.2です

エネルギーの件についての追加説明です。

運動量保存則に従えば、銃と銃を保持する射手、そいて弾丸とは、同じ運動量を、逆方向に受け取ります。
この点では、射手も弾丸も同じ「運動量」を得たといえます。（実際には、火薬や空気の重さも考慮すべきですが、ここでは無視）
ただし、エネルギーは速度の自乗に比例しています。極端な例ですけど、ものすごく重い銃を、頑丈な射撃台に固定したら、弾丸を発射しても、銃は反動では全く動かないって話になります。まあ、現実問題としては、ほんの僅かでも後退しているとは思いますけど・・・。

仮に、銃の反動がゼロとなれば、銃が受け取る運動エネルギーはゼロになりますが、弾丸は、その重さと飛翔速度に応じた運動エネルギーを得ます。
つまりは、弾薬から発生したエネルギーの全ては、銃弾に分配されて、銃や射手には分配されないということです。

結果として、運動量の分配は、逆方向に等分に分けられているのですけど、運動エネルギーは非対称に分配されるのです。


別の例をあげると、

イメージとして、横向きに置かれた、片方を閉じた口径が１０ｃｍくらいの筒の中に、強力なスプリングが圧縮されていて、その中に砲丸投げの球があるとします。
その筒が、がっちりとした土台に取り付けられていて、引き金でスプリングが解放されて砲丸を飛ばせるとします。
ターゲットに厚さ１０ｃｍの板があり、それを砲丸がぶち抜いたケースのことを考えると、スプリングの圧縮されたエネルギーは、ほぼ全てが砲丸に与えられ、その運動エネルギーが板を破壊したと考えられますね。


なお、防弾チョッキの性能や、弾丸の形状の件は、確かに肉体へ与えるダメージに大きな差が出ます。が、それは、弾丸へのエネルギー分配とは別の話です。


それから、最初の質問の件ですが

＞その反作用として銃本体や銃を持っている手にその反動が加わるはずですが、
＞その反動で腕が折れたりしないのはなぜなのでしょうか？

すでに回答がでていますように、肉体を痛めないように、射手は打ち方を工夫するし、銃にもいろいろと工夫されているからです。
だから、軽さ重視のハンティング用ハイパワーライフルは、肩を痛めずに射撃するのが難しいですし、反動を減らすことを重視し、マズルブレーキなども工夫した大口径の狙撃銃は、ほとんど反動を感じないで１ｋｍの長距離射撃が可能だったりします。

No.12 回答者： jagd4 回答日時： 2014/04/18 17:32

＞銃の弾はたとえ体全体で衝撃を分散させたとしても

人の骨に折る程度のダメージを与えるほどの威力があるということになります。

それは違います。
質問者様の疑問は、この問題をエネルギーの保存則のみで考えているからだと思います。

被弾の威力は、その運動エネルギーではなく、銃弾の先端という非常に小さい面積に発射時のエネルギーが集中されることで、皮膚を破り、柔らかい体にめり込み、単なる衝撃以上の被害（より重要な内部組織の破壊）を与えることです。


＞防弾チョッキを着ていたとしても、
衝撃で肋骨が折れたりなど、至近距離だとそのまま死に至ったりするそうです。

↑の防弾チョッキの種類が不明ですが、
質問者様は、「防弾チョッキ」というものを魔法の防具とでも思っているのでしょうか。
そもそも人間の力は強くないので、人体に装甲を施すのは技術的に非常に困難です。
中世の騎士の鎧ですらボウガンで貫通可能で、銃の誕生後は全身鎧という装備は絶滅しています。

その為に、昔の防弾チョッキは化学繊維（ケプラー等）を高密度に圧縮したベストのようなもので、弾丸に絡みつくことで人体に貫通しない程度にまでエネルギーを弱めるという方式のものでした。
しかし、この場合、銃弾の運動エネルギーは被弾部分の人体（小面積）が受けることになるので、それなりの被害は受けます。（しかし、それでも体内にぶちまけられるよりはマシです。）

現在は材料も進歩しているので、装甲プレートを仕込んだタイプもあります。
その場合、装甲が割れなければ、そのプレートの面積部分に弾丸のエネルギーが分散されるので、被害は小さくなります。
しかしそれによる重量増は馬鹿にできないものなので、全身を覆うのは不可能です。



＞その反作用として銃本体や銃を持っている手にその反動が加わるはずですが、
＞その反動で腕が折れたりしないのはなぜなのでしょうか？

回答：銃のパワーや射撃手の技量によります。

銃弾に与えられたのと同じエネルギーが銃本体も受けるのというのは正しいですが、
それは射手にはグリップや銃床を通じて伝わります。
それらの面積は銃弾よりは広いので、手や肩へのダメージは銃弾よりは拡散されます。
また、エネルギーは同じでも、銃の方が質量が大きいので、スピードも遅くなり、対応も容易になります。
更に、柔らかい掌と手首や肘や肩の関節により減衰され吸収されます。
下手な射手が怪我をするのは、それが上手くできないからです。

No.11 回答者： cse_ri2 回答日時： 2014/04/18 17:07

No.8です。

遅まきながら、ボディアーマー（防弾チョッキ）について調べてみました。

参考：ウィキペディア『ボディアーマー』
　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%87% …

調べてわかったのは、私も誤解していましたが、一昔前の防弾チョッキは強化繊維で着弾時の衝撃をやわらげるようです。
よって、一度銃弾によるダメージをくらうと、その箇所の繊維が劣化してしまうため、やはり交換が必要なようです。

また、防げるのは砲弾の破片と、４４口径の拳銃までで、貫通力の高い小銃弾は強化繊維のみでは防げないため、最新のボディアーマーでは、金属やセラミックプレートを組み込ませることで小銃の弾を防ぐようです。結局、硬さですね。


また、基本性能として、銃弾や破片を受けた際の致命傷を回避するまでとなっているため、やはり銃弾を受けたときの衝撃は防げないようです。もちろん、性能を強化することで衝撃を防ぐことも可能でしょうが、今度は重量増によって、着る人間の側の運動能力が劣化するため、大幅な重量増となるボディアーマーは、作られていないようです。

今後は、ロボット兵士というか、パワードスーツが徐々に実用化に向かっているため、重さを機械でカバーすることも十分可能となるでしょう。

No.10 回答者： keyaki4 回答日時： 2014/04/18 16:43

銃本体が銃弾よりかなり重いからです。

テニスボールを蹴るとボールは飛んでいきますが、同じ力で重い土嚢を蹴っても土嚢はほとんど動きません。
同じ理由です。

この回答へのお礼

その理屈でいくと
両手に同じ銃を持って、右手に持った銃で左手に持った銃に弾丸を直接撃ち込んでも
両手ともに無事でいられるということなのでしょうか？
　

お礼日時：2014/04/18 17:32

No.9 回答者： Deathscythe#1 回答日時： 2014/04/18 16:03

もし受けるエネルギーとしては同じでも

弾は先が細くなっていていてさらに回転しています。それにより1点に回転力も含めたエネルギーが集中しています。
対して銃からの反動は面です。

ダメージ総合が同じでも範囲が広ければ分散されるので損傷は少なくなります。

防弾チョッキを着ていても点からの衝撃となる上にほぼ体と密着しているのでさほど分散されず、骨が折れるほどのダメージとなります。

逆に撃つ方は銃そのものからの衝撃となり、
先の方々の回答の通りさまざまな方法で威力分散をしているのでダメージが少なくて済んでいます。

No.8 回答者： cse_ri2 回答日時： 2014/04/18 15:30

材料工学を習ったのが、もう20年近く前ですので、うろ覚えというか、はっきり言うと計算式忘れた状況ですので、言葉で説明します。

＞銃の弾はたとえ体全体で衝撃を分散させたとしても
＞人の骨に折る程度のダメージを与えるほどの威力があるということになります。

豆腐を拳で軽く叩くと、簡単に潰れますよね。
しかし、同じ力で人の体を叩いても、力の入れ具合では痛いこともあるかもしれませんが、潰れはしません。
なぜかというと、受ける側の硬さが関係してくるからです。

銃弾で撃たれたときも同じ。

試したことはありませんが、銃弾で貫かれない程度の厚さの鋼板を用意して、その後ろから人が支えた場合（危険ですので、実際にはやらない方がいいでしょう）、銃で撃たれてもある程度の衝撃は受けるでしょうが、たぶん耐えられると思います。

結局のところ、空気抵抗などで失うわずかなエネルギーを除けば、発射した人間が耐えられる程度のエネルギー量ですので、受ける側も直接受ける表面を硬化すれば、おそらく耐えられると思います。

これが大砲の弾など、とても人間一人では支えられないエネルギー量の場合は（バズーカ砲は一人で撃てますが、あれは発射時の衝撃を逃がす工夫がされています）、十分な厚さの鋼板で受けても、背後の人間は潰れてしまうでしょうね。


防弾チョッキというのは、硬さで銃弾を防ぐのではなく、丈夫な繊維で編まれているので衣服が破れないだけのことです。
多少は衝撃を吸収するような緩衝材もあるかもしれませんが（実物を知らないので、この辺は想像）、すべての衝撃を吸収するわけでもないでしょうし、他の方の回答にあるように何回か使えば、交換が必要になると思います。

似たような仕組みに、バイク用のヘルメットがあります。高い値段のヘルメットは衝撃を吸収する材料が使われていますが、バイクで転んだとか、ヘルメットを落とすなどして衝撃を与えた場合は、交換しないと二度目の衝撃は緩和してくれません。

No.7 回答者： mazeran 回答日時： 2014/04/18 14:49

この質問は、「物理」のカテゴリが適当ではないのかなと思いますが、わかっていただき易いように説明させていただきます。

腕の骨が折れたりしない・・・のではなく、折れないようにしているが正解に近いかも。

銃を操作するには「正しい構え方」があって、射手に与えるダメージを抑えながら、正確に標的に命中させるためのものです。
例えば、骨の中心を軸として、その軸方向に力が加わるようにしたり、強い筋肉の部分やその関節で反動を受けたりしています。
それに射手であれば、いつ撃つのかがわかっていますので、その瞬間は筋肉が緊張するので、骨にそのまま衝撃が加わることはないですよ。
筋肉が緊張（収縮）することで関節や骨が、見掛け上「強くなる」わけですからね。
「肉体的な構え」と「意識の構え」があるので、安直に扱わない限り骨折はないと言えます。

「銃」と言ってもいろいろな種類があり、取扱いを間違えると本当に骨折する危険のある物もたくさんありあますよ。


一つ気になることがあるのですが、文面を見ていると、殺傷能力のある弾が飛び出るには、それと同等の反動のエネルギが射手に加わるのに、なぜ射手にはダメージが少ないのか・・・とも読めます。

ここに来ると、もう物理の世界の話しになりますが、弾が銃身を通っている間だにエネルギが与え続けられ、実際のエネルギは、弾が銃身の先端を出た時点での速度の二乗と弾の質量の積の半分がエネルギになります。

当然、そのエネルギは射手にも反動として伝わります。
ここで、経験的又は想像で思考実験を頭の中で行ってください。

テレビなどでよく見る一般的な銃と、肩に担ぐくらい大きく重たくした銃で、同じ弾と同じ炸薬を使って撃った場合、どちらの反動が大きく感じられるかと言うこと。

大きく重たい銃で撃つ方が、反動が小さいことが想像できませんか。
大きく重たい銃の想像ができない場合、例えば車の先端に銃をガッチリ固定して、反動で車が動かないように後ろを支えて、撃つ場合を考えてください。
車に取り付けた銃を撃っても、車の後ろではまったくと言っていいほど反動なんて感じないのがわかると思います。

エネルギを力に変えるために関わってくるのが「質量」でして、質量がエネルギを「吸収」してしまうと考えても間違いないです。
ですから、弾より銃自体が数十倍～数百倍の質量を持っているので、弾が飛び出る反動のエネルギは、銃が反動で反対方向へ動かすためのエネルギに使われてしまい、その残りのエネルギを射手が受ける結果になるわけです。

ですから、銃の重さ（質量）が弾の重さと同じものがあった場合、撃った瞬間、射手は弾のエネルギと同じエネルギを受けることになるので、大変なことになります。

この回答へのお礼

構え方が重要で撃つ瞬間が分かるから、というのであれば、
撃たれる側も撃つのと同じ姿勢をして、鉄の盾か何かを持っていれば、
無傷でいられるということはないでしょ？

質量が銃本体の方が数十倍大きいというのは納得できるのですが、
同じく大きな質量をもった防弾チョッキを着ていても骨折したり気を失ったりする話を聞くので
これも納得がいかないのですが。

お礼日時：2014/04/18 15:13