07. 운동량(Momentum)과 충격량(Impulse) Part 2

#1. 공기의 덩어리 vs 플라스틱공

운동량-충격량에 대한 내용을 에어소프트에 적용할때 생각해봐야할 점이 있습니다.

위 물리법칙의 전제는 마찰력이 없는 수평공간에서 질량이 정해진 고체간의 움직임에 대한 내용입니다. 그러나 우리가 저 법칙을 적용할 곳은 '기체'의 충격량을 통해 '고체'의 운동량을 변화시키고, 심지어 '그 고체'는 여러 방해요인이 많은 험난한 긴 튜브(이너배럴)를 지나 세상 밖으로 나가 적당히 작아진 운동량을 가지고 최대한 멀리 그리고 정확하게 목표를 향해 날아가야 하는 상황입니다.

다음과 같은 생각의 흐름을 가져보겠습니다. 

• 동일한 힘을 지속적으로(consistent) 만들어줄 수 있는 소모가 덜한 객관적 수치의 스프링: Oil-tapered 
• 공기를 압축시켜 만든 압축공기의 힘: 이것을 좁은 구멍(노즐)을 통해 '한순간'에 배출할때 전달되는 힘의 효율
  
  • 전제: 실린더-노즐-홉업고무/챔버-이너배럴, 이 연속선상에서 압축공기의 누출(leakage)은 없어야 함
• 꽉찬 고체이긴 하지만 작고(직경 6mm) 가벼운(0.12-0.50g) 물체인 플라스틱 탄알에 작용하는 압력의 방향
  • 실제 노즐의 단면과 구형의 탄알의 단면(6mm)의 최적의 비율(ratio)은 어떤지 알려진바는 없습니다. 

    

• 방해요인들
  • 실린더의 압축된 공기가 노즐을 빠져나갈때 소실되는 에너지: 피스톤의 무게차이, 에어브레이크 댐핑효과
  • 탄알의 역회전을 위한 홉업고무버킹과 최대정지마찰력 : 홉업고무재질(고무/실리콘)과 여러 모양의 고무
  • 이너배럴 내부의 공기/공기층에 의한 운동마찰력 : 이너배럴 재질차이(황동/스테인레스스틸), 가공정밀도
  • 이너배럴을 빠져 나온 직후 따라나온 잔여압축공기의 후방추돌 : 실린더불륨/이너배럴볼륨 비율의 최적화
• 어쩔수 없는 것들 : 중력, 바람, 온도, 습도, 플라스틱탄의 한계인 이너배럴 강선의 부재

 

#2. 정리하면 

실린더를 통해 압축공기를 만드는 순간 우리는 한주먹의 압축된 공기(현재까지 알려진 에어소프트 스나이퍼라이플의 실린더 용적중 가장 큰 것은, 실버백 HTI의 71ml)를 '어떤 방식'을 통해 노즐로 분출하며, 그것을 챔버에 걸쳐져 있는 탄알에게 전달합니다.

이후 탄알은 앞쪽에 걸쳐진 작은 고무재질의 모서리에 이마를 붙이고 있다가 뒤쪽에서 날아오던 한뭉치의 공기로 힘을 받아 이너배럴 내부로 구르기 시작합니다. 위아래 미세한 진동을 느끼기도 하고, 후름라이드 코스바닥에 흐르는 물처럼 주위를 감싸는 얇은 공기층의 흐름을 느끼며 베르누이 원리에 의해 양력을 받으며 위로 올라갈 준비를 하다, 이너배럴을 빠져나오는 그 순간 자유를 느끼며 매그너스 효과로 앞/위쪽으로 상승하게 됩니다.

에너지를 가지고 비행을 하는 탄알은 포물선을 그리며 점차 떨어지는데 더 멀리까지 가게 하기 위해선, 포물선의 수평요소를 더 보강해야하며 이것은 운동량(mv)을 올리기 위해 충격량(Ft)을 더 크게 해야함을 의미합니다. 

 

여기까지 읽으셨다면 일단 어려운 '이론적인 내용'은 끝났다고 보시면 됩니다.

앞으로는 좀더 현실적이고 쉽고 길이가 짧은 내용으로 글을 써보도록 하겠습니다.