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실제로 포탄이 날아가는 거리와 이론상의 거리는 왜 차이가 나는 걸까?

우선 포라고 하는 것에 대해 알아보자. 포트리스 게임에서와 같이 각도에 의해 거리를 조절하는 포를 곡사포 라 하고 탱크와 같이 포의 각도보다는 탄의 속도로 목표를 관통하는 것을 목적으로 하는 것을 직사포라 한 다. 포탄은 초기발사 각도대로 직선으로 돌처럼 그냥 던져진 상태로 날아가는 것이 아니다. 그 이유를 살펴 보면 다음과 같다. 첫째, 포탄은 포구를 통과하면서 회전을 하게 된다. 그런데 여기서 알고 넘어갈 것은 포구를 통과하는 탄두 가 포구와 일직선으로 날아가는 것이 아니라 회전에 의해서 일정높이 이상을 올라가거나 내려가도록 되어 있다. 즉 포의 각도와 탄두가 포구를 빠져나오는 순간의 각도가 처음부터 다르다. 이것이 포탄이 포의 각도 와 다르게 날아가는 첫째 이유이다. 실제로 포 뿐만이 아니라 탄두가 회전을 하면서 발사되는 모든 화기는 그 탄의 날아가는 궤적이 직선이 아 닌 완만한 곡선을 그리게 되어 있어 사격연습시에는 그런 것을 고려해야만 정확히 명중을 시킬 수 있다. 둘째, 포탄은 초기 질량 즉 탄두 + 탄피 + 장약(화약)의 무게로 발사되지만 실제로 날아가는 것은 탄두일 뿐 이다. 포는 "최대한 멀리 날아가게 하기 위해서 만들어진 것이 아니라 원하는 지점에 탄두를 떨어지게 하기 위해 만들어진 것" 이기 때문이다. 따라서 위에서 말한 포탄의 초기속도는 거리에 따라 장약의 양이 달라지 고 따라서 초기속도가 매번 달라진다고 볼 수 있다. 이것은 조준한 거리의 차이가 정확히 오차의 범위와 일 치 또는 비례하지 않는 이유가 된다. 즉 멀리 조준했는데 가까이 떨어질 수도 있고 가까이 조준했는데 멀리 떨어질 수도 있는 것이다. 셋째, 회전을 하는 물체의 유체역학적인 특성 때문이다. 골프공의 표면에는 작은 홈들이 많이 있는데 이것 이 골프공을 수백야드까지 날릴 수 있게 하기 위함이다. 회전을 하는 물체는 그 표면의 공기흐름이 층류에 서 난류로 바뀌는 특성이 있다. 즉 매끈한 표면을 흐르는 유체와 거칠은 표면을 흐르는 유체는 그 속도가 달 라지게 되는데, 보통은 매끈한 표면의 공기의 흐름이 더 빠르지만 비행기처럼 속도가 매우 빨라지면 오히려 매끈한 표면에서는 공기와의 마찰력이 더 커진다. 비행기의 경우와 다르게 포탄의 탄두는 회전을 하면서 빠른 속도로 직진을 하게 된다. 이때 기체의 흐름은 진행방향에 대해 긴 깔대기 모양의 충격파가 형성되어 표면이 매끈한 데도 불구하고 층류를 난류로 바꾸어 마찰력을 줄일 수 있다. 따라서 이론적으로 볼 때 장약의 양 (초기속도)과 전체 탄의 구경, 각도에 따른 예측 거리보다 더 멀리 날아갈 수 있는 요소가 된다. 위의 몇 가지 원인 때문에 이상적인 상황에서의 경우 45°라고 하는 최대 사거리 각도가 실제로는 45°가 되질 않는다. 실제 이러한 요소들을 고려하였을 때 최대 사거리를 늘어나게 하는 요소도 있지만 그것보다는 공기 의 저항 문제 그리고 포탄처럼 멀리 날아가는 경우에는 지구의 표면이 곡면이어서 두 점간의 직선거리와 표 면상의 거리가 차이가 생김으로써 포 발사 위치에 비해 목표점이 낮은 위치가 되는 것 등의 요인이 사거리 를 줄이는 요소로 크게 작용하기 때문에 사거리는 45°보다 약간 낮은 각도(약 42°~43°) 가량에서 가장 멀리 날아가게 된다. 여기까지는 수직적인 높이와 각도 및 거리만 생각한 것이고 .여기에 전향력이라고 하는 수평적인 문제도 생 각해 봐야 한다. 간단히 하면 매우 먼 거리를 직선으로 발사된 탄이 날아간다고 할 때 그 날아가는 시간동안 지구가 자전을 해 버리기 때문에 실제로는 조준한 방향의 오른쪽에(북반구의 경우) 떨어진다. 위와 같은 이유와 조건에 의해서 포탄의 실제거리와 이론상의 거리는 차이가 나는 것이다. 출처: 사이언스맵 http://211.119.243.66:8080/ganghwa/done_science.asp
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