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SCHEDE
 
 
 
The Air Guns from Trigger to Muzzle
I Cardew, Britannici, padre e figlio, sono considerati a tutt'oggi come i Guru dell'aria compressa. Nel 1976 pubblicarono autonomamente il loro primo libro "The air gun from trigger to muzzle", in collaborazione con E.R. Elsom. Negli anni novanta ripresero e ampliarono il loro lavoro pubblicando il ben più corposo "The air gun from trigger to target". Il loro studio sulla carabina ad aria compressa a molla, la cosiddetta "springer" è ritenuto a tutt'oggi molto valido. Tutto il primo libro verte sullo studio delle energie e dei fenomeni che si sviluppano all'interno di una carabina break barrel in calibro .22 (5,5 mm) durante in ciclo di sparo. Nell'introduzione gli autori, oltre ad illustrare a grandi linee il loro lavoro, e le problematiche che hanno dovuto affrontare, spiegano essenzialmente che il loro libro è rivolto a sfatare alcuni miti e leggende che aleggiavano nel campo delle carabine ad aria e compressa. Miti, leggende e pregiudizi che purtroppo nel nostro paese, che non ha una grande tradizione in fatto di armi ad aria compressa, sono ancora ben radicati. Per fortuna l'appassionato interessato alla tecnica delle armi ad aria compressa può rivolgersi alla rete. Siti e forum sono solitamente molto più informati e tecnici rispetto ai vecchi armieri, che di aria compressa ne sanno ben poco, sopperendo alle lacune culturali di coloro che queste armi le vendono, e che quindi diventano la prima interfaccia di chi si avvicina per la prima volta a questo mondo. "Mi permetta di spiegarle, perché sa, io faccio questo mestiere da trentanni: la vede questa carabina, ha la canna bella lunga, e quindi è più potente e precisa di quest'altra che piace a lei. Dia retta a me, prenda questa". Chissà quante volte lo abbiamo sentito dire entrando in una armeria. Beh, non è vero, e già negli anni settanta i Cardew lo avevano scoperto. Tempo fa mi è capitato tra le mani questo libro, e gli ho dato una letta veloce. Il libro, non è molto corposo, ma è comunque in inglese, ed è un po' difficile da leggere e capire. Ed è per questo che molti lo hanno a disposizione ma e gli hanno dato un'occhiata un po' superficiale. Certo, formule e grafici sono un linguaggio universale, ma per il resto, capire a palmi le parti più discorsive non è proprio il massimo. Siccome in questo periodo mi è capitato di riprenderlo in mano, vorrei fare lo sforzo di una lettura più approfondita, assieme a voi. Tenendo conto che il libro ormai non è più pubblicato, sostituito dal secondo che è una versione più approfondita, e che non è mai stato tradotto in italiano, spero che gli autori possano giudicare questa mia iniziativa con magnanimità. In ogni caso ho deciso di non pubblicare foto e grafici ricavati direttamente dal libro. Prima di iniziare sento l'obbligo di spiegare che il libro verte sullo studio di una tipica carabina springer degli anni '70, poco potente, e dotata di guarnizioni in cuoio. Tutti gli sforzi dei produttori erano rivolti a sfruttare al massimo o quasi l'energia che poteva dare la molla. Oggi, utilizzando i nuovi materiali, soprattutto per le guarnizioni, si possono produrre carabine springer veramente molto potenti, per cui, spesso, i produttori preferiscono prendere la via di avere un'energia più bassa, ma reazioni minori, e decisamente più gestibili da parte del tiratore.

Prima di iniziare tengo a precisare che ho riprodotto solamente grafici e formule, che sono funzionali alla spiegazione, ma ho omesso fotografie o disegni non necessari, per la visione dei quali rimando alla lettura del libro. Il testo che leggerete non è una traduzione letterale del testo del libro, ma piuttosto un adattamento. Le parti evidenziate con il termine “NOTA:” sono aggiunte scritte di di mio pugno e non sono presenti nel libro, così come il testo scritto tra parentesi, utilizzato per la maggior parte dei casi per tradurre le unità imperiali in unità metriche.

Introduzione
Questo libro è il risultato di 5 anni di lavoro da parte di tre persone; si concentra esclusivamente sullo studio della balistica interna delle armi ad aria compressa funzionanti a molla. Vale a dire, di quello che succede all'interno dell'arma durante l'intervallo di tempo che va dal momento in cui si preme il grilletto al momento in cui il proiettile si stacca dalla bocca della canna. E infatti tutto ruota attorno ad un periodo di tempo che ammonta a circa cinquanta millesimi di secondo. Una volta fuori dalla canna, il pallino inizia ad essere soggetto alle leggi della balistica esterna, le quali vanno oltre gli scopi rappresentati da questo lavoro.
In passato ci sono stati molti tentativi di spiegare come e perché un'arma ad aria compressa lavora, ma essenzialmente questi erano basati su “miti e leggende” senza molta ricerca scientifica ad appoggiarli; per esempio, per lungo periodo si è creduto che più lunga fosse la canna di un arma ad aria compressa, maggiore sarebbe stata la velocità alla bocca capace di sviluppare. Noi abbiamo provato che questa affermazione è inesatta.

I nostri esperimenti sono basati principalmente su un'arma montata su un tavolo di supporto (Fig. 0.1. Nota: ho omesso le fotografie per ovvi motivi di copyright, per guardarle dovrete fare riferimento al libro vero e proprio in inglese). Questa è un'arma a normale caricamento a canna basculante e rappresenta una costruzione molto comune. Abbiamo provato ad investigare su ogni componente e ogni meccanismo separatamente ed accuratamente, in modo da poter giungere ad una ragionevole giustificazione di tutta l'energia immagazzinata nella molla. Allo stesso tempo, comunque, tutto questo è stato realizzato con un budget limitato, da tre persone appassionate che hanno lavorato solo nel loro tempo libero. Abbiamo spesso contato su altre persone per il prestito di sofisticate attrezzature, o anche in molti casi, su attrezzature prodotte autonomamente.

Non vi offriamo la strada per ottenere alcun fortissimo miglioramento nella potenza della vostra carabina, ma abbiamo operato allo scopo di farvi migliorare la vostra comprensione dei processi che si verificano all'interno vostro fucile ad aria compressa quando tirate il grilletto.

Vorremmo puntualizzare in questa fase che nessuno degli autori ha alcun collegamento con un qualunque produttore di armi ad aria compressa, e che al momento della stesura non siamo stati all'interno di una fabbrica di carabine ad aria compressa. E' un comportamento dettato dalla nostra etica, in modo da mantenere la completa indipendenza di pensiero sul tema e che non potesse sorgere alcun conflitto di interessi.

Anche se questo lavoro tratta esclusivamente sul funzionamento della armi ad aria compressa a molla, molti dei fenomeni menzionati si applicano ugualmente bene alle armi pneumatiche e a gas.
Capitolo 1 – Introduzione e sequenzialità
"It is a surprising thing that very often a subject that appears on first sight to be so simple, often, on further study, turns out to be very complicated. This statement Is exceptionally true when applied to the spring air weapon, as we found out when we first began to investigate the subject some five years ago."

È sorprendente come molto spesso un argomento che a prima vista appare così semplice, spesso, ad un ulteriore studio, risulta essere molto complicato. Questa dichiarazione è particolarmente vera quando è applicata all'arma ad aria compressa a molla, come abbiamo scoperto quando abbiamo iniziato a studiare l'argomento circa cinque anni fa.

NOTE: Praticamente è questa prima frase del libro che racchiude in se tutta l'essenza del lavoro svolto dai Cardew.
In particolare ci si riferisce alle armi funzionanti tramite molla e pistone, ma in realtà questo concetto è adatto anche a tutti i tipi di arma ad aria compressa.

Tutta la questione è iniziata con una piccola carabina a caricamento tramite canna basculante che abbiamo comprato di seconda mano. Sebbene in generale funzionasse molto bene producendo sequenze di colpi precisi, per nessun motivo apparente il pallino poteva impattare in alto o in basso causando molta frustrazione (NOTA: in pratica la carabina dava luogo ai cosiddetti “flyer”, colpi vaganti). Essendo dotati di mentalità scientifica e curiosità, abbiamo deciso di tentare di migliorare la costruzione originale, adattando meglio la guarnizione di culatta. Poi è stato lucidato il cilindro e le leve dello scatto (sear) sono state revisionate. Ogni modifica e regolazione è stata di aiuto, ma i veri motivi che erano alla base dei problemi iniziali rimasero oscuri.

NOTA: Sear = fermo dello scatto di un'arma che mantiene il cane, o il percussore lanciato, parzialmente o completamente armato.

Abbiamo esaminato molte carabine ed alcune le abbiamo acquistate in modo da esaminarle e controllare le loro prestazioni. In ogni caso quello che abbiamo misurato, ciò che abbiamo considerato sul momento, sono state le "dimensioni vitali". Operando in questa maniera abbiamo sperato di riuscire ad individuare il motivo per cui un certo tipo di fucile fosse migliore di un altro. Ma presto divenne chiaro che le dimensioni fisiche da sole non ci avrebbero fornito la risposta, e che dovevano esserci altre aree da esaminare.

Non eravamo in grado di confrontare con precisione un'arma con un altra dal momento che non avevamo alcun sistema di misurarne la velocità. Questo è stato un grosso problema che ha impedito il prosieguo delle nostre ricerche al di là delle fasi elementari. Abbiamo pensato quindi ad un antico strumento chiamato pendolo balistico che era in uso anni fa per lo studio della balistica dei proiettili di moschetto. Questo dispositivo ha offerto una risposta così semplice ed economica per i nostri problemi che ci siamo immediatamente rivolti allo sviluppo di una variante dello strumento adattato per l'uso con la carabina ad aria compressa. Tuttavia, abbiamo presto compreso che sebbene potessimo misurare la velocità in maniera accurata con il pendolo, nel momento in cui avessimo avuto la necessità di prendere numerose letture in rapida successione, sarebbe stato indispensabile avere a disposizione un vero cronografo. Abbiamo avuto una battuta d'arresto nello studio dell'arma in attesa di costruire un nostro cronografo elettronico. Questo si è rivelato essere piuttosto capriccioso, in molte occasioni pareva ragionare con mente propria, ma comunque l'esperienza è stata utile per rendersi conto che era possibile costruire un cronografo con uno standard elevato di precisione, senza spendere una fortuna. Poi siamo stati abbastanza fortunati da trovare uno specialista elettronico che ci ha costruito su misura uno strumento per soddisfare le nostre esigenze particolari, ma parleremo in maniera più accurata di questo e di altri cronografi, in un altro capitolo.

Da questo momento ci siamo potuti impegnare completamente nella soluzione dei problemi dell'aria compressa, per scoprire perché così poco dell'energia immagazzinata nella molla viene utilizzata dal pallino nel momento in cui lascia il vivo di volata. Speriamo che nei capitoli seguenti il lettore trovi la risposta alle proprie domande particolari, o meglio che sia in grado di capire i concetti di fisica che sono coinvolti nel funzionamento della sua arma.

Forse la domanda fondamentale che bisogna porsi è, perché usare l'aria a tutti i costi? Dopo tutto un arco lancia una freccia senza utilizzare l'aria e anche una catapulta è in grado di sparare una pietra.

Forse l'aria permette di lavorare meglio e in modo più efficiente, o dà più energia? Bene, la risposta è no. L'aria è soltanto un mezzo utilizzato per trasformare il relativamente lento movimento di un pesante pistone nel movimento veloce di un leggero pallino. È questa grande differenza tra il peso della forza motrice e il peso del proiettile che necessita di un adeguato mezzo per essere accoppiata. Questo si discuterà in modo più ampio in un capitolo successivo, sull'aria e su cosa succede quando si impiegano gas diversi dall'aria.

La fisica è una scienza piena di grafici, così il lettore deve necessariamente accettarli in un libro di questa natura. Il primo che useremo (fig. 1.1) riguarda tre fattori, peso del pallino, velocità del pallino e energia del pallino. Uno degli usi principali di questo diagramma è di confrontare due fucili di diverso calibro, ma può anche essere utilizzato per confrontare pallini di pesi diversi sparati dalla stessa carabina. Rende questi confronti possibili, fornendo i mezzi della conversione di peso e velocità alla bocca nel valore più importante di tutti, l'energia.

grafico dell'energia del pallino
Nel corso degli anni, i fabbricanti e gli sportivi hanno sempre discusso, e hanno sempre vantato, la velocità della loro carabina preferita. Mentre questo può essere abbastanza ragionevole nella pubblicità o nelle chiacchere da bar, ha ben poco valore in fisica, fino a quando non si menziona il peso del proiettile. È un po' come raccontare i tuoi amici che hai viaggiato a 50 miglia all'ora. Questo non ha molto significato, fino a che non si specifica se tale velocità è stata raggiunta in bicicletta o sopra un razzo. Il peso del pallino è importante quanto la velocità, cosa che è generalmente trascurata.

Al fine di determinare l'energia di un proiettile, esso deve prima essere pesato e quindi misurata la velocità con cui transita dalla bocca dell'arma. Questi due fattori forniscono tutte le informazioni che sono necessarie. Normalmente la lettura della velocità è rilevata entro sei piedi circa dalla bocca; a questa distanza il proiettile è ancora alla sua velocità massima e la vampa dello sparo ha effetto minimo sugli strumenti di misurazione.

Questi due fattori, il peso e la velocità, quindi possono essere sostituiti nella ben nota equazione di Newton per l'energia cinetica.

Dove M è la massa del pallino, V è la velocità misurata alla bocca e E è l'energia.

Siccome a noi è noto il peso del pallino la formula diventa:

Dove W è in peso del pallino e g è l'accelerazione di gravità nel libro vale 32.16 ft/sC.
Nel sistema di unità internazionale, g vale 9,81 m/s².

Questa ci darà l'energia cinetica che quel proiettile contiene quando viaggia a velocità V.
Supponiamo che vogliamo determinare l'energia di un pallino di peso di 14.5 grani che viaggia ad una velocità di 500 FPS.
In primo luogo dobbiamo applicare la formula precedente dove: W = 14,5 grani, V = FPS 500, g = 32.16 FPS². Per convertire i grani in libbre dobbiamo dividere per 7000.
Così:

Un piede per libbra è la quantità di energia necessaria per sollevare il peso di una libbra per un piede.

NOTA: Libbra si può indifferentemente indicare con Pound o Lbs.
Traducendo il risultato in unità del sistema internazionale:

Mentre dal calcolo in unità imperiali avevamo:

Abbiamo verificato, in tutto il nostro lavoro con le armi ad aria compressa, che in generale il loro rendimento meccanico medio è di circa il 30%, il che significa che per ogni piede per libbra di energia immagazzinata nella molla compressa, solo 1/3 di questo viene trasferito al pallino in volo. I motivi di questa inefficienza sono stati esaminati e ognuno di essi appare nei capitoli seguenti del libro. Tuttavia, al fine di iniziare a comprendere il funzionamento di un'arma ad aria compressa, è bene conoscere la sequenza degli eventi all'interno dell'arma. Ad esempio, il pallino parte al momento di picco della pressione dell'aria? Il pistone si ferma prima che il pallino lasci la canna? etc.

La sequenza di tempo dei vari componenti mobili come il pistone e il pallino è stata verificata facendo interrompere un raggio luminoso a sua volta prodotto da impulsi elettrici che sono stati visualizzati dalla traccia di un oscilloscopio. (fig. 1.2) Il pistone parte, il pistone si ferma, il pallino parte e il pallino si stacca dalla bocca di una canna di diciotto pollici (46 cm) ognuno di questi fenomeni ha prodotto un impulso sulla traccia superiore dell'oscillogramma. L'unico impulso negativo (andamento verso il basso) della traccia è dovuto all'arresto del pistone. La traccia inferiore mostra l'aumento di pressione all'interno del cilindro, misurata in questa occasione mediante un trasduttore non calibrato.

La sequenza degli eventi.
Il primo impulso positivo è dato dalla partenza del pistone immediatamente dopo aver premuto il grilletto, il secondo rappresenta il pallino che inizia a muoversi nella canna, il terzo impulso positivo pertanto deve essere del pallino che lascia la volata dell'arma e il quarto (l'unico negativo) impulso è quello del pistone che si ferma sulla parete del cilindro.

Così si sintetizza la sequenza descritta sopra; il pistone si sgancia, quindi il pallino parte, (si noti che questo accade al punto di picco di pressione) poi il pallino lascia la canna e il pistone si appoggia alla fine del cilindro subito dopo. Vedremo in un capitolo successivo che in realtà il pistone arriva molto vicino alla fine del cilindro nel momento di picco di pressione, ma poi viene fatto rimbalzare indietro dalla stessa pressione che gli si para davanti.

Si deve tenere a mente che tutto quello che viene descritto in questo libro accade a velocità molto elevata. Per esempio, l'unità di di tempo dell'oscillogramma, ossia la lunghezza della sua linea orizzontale, è equivalente a 50 millisecondi, vale a dire 50 millesimi di secondo ! ! Così il tempo totale che va dalla partenza alla fermata del pistone è circa 1/3 di 50 ms. Ciò è dimostrato dal fatto che il ciclo di eventi si è tutto completato nel primo terzo della lunghezza della traccia nella figura 1.2. In questo lasso di tempo, un proiettile che viaggia a 500 piedi al secondo (152 m/s) copre una distanza di 8 piedi (2,43 metri).

NOTA: 8 piedi sono 2.43 metri. In 1/3 di 50 ms a 152 m/s il proiettile compie 2.53 metri, poco più di 8 piedi.

Tratto e tradotto dal libro “The Air Gun from Trigger to Muzzle” scritto da G.V. Cardew, G.M. Cardew e E.R. Elsom
Capitolo 2 - la molla
La molla di una carabina ad aria compressa fondamentalmente è solo un serbatoio impiegato per immagazzinare l'energia di propulsione che verrà rilasciata durante il breve periodo tra lo scatto e lo sparo dell'arma. Al fine di ottenere l'indicazione dell'efficienza di una carabina ad aria compressa, è necessario determinare la quantità di energia effettivamente immagazzinata dalla molla quando è compressa, l'energia viene misurata in piedi per libbra (Nota: Joule, ovvero Newton per metro, nel sistema internazionale).

Purtroppo, è un'impresa piuttosto noiosa stabilire la quantità di energia in modo accurato, tuttavia esiste un rudimentale, ma efficace metodo di determinazione che vale la pena di descrivere. L'energia è la capacità di un corpo di eseguire un lavoro. Quindi, se possiamo determinare la quantità di lavoro svolto per comprimere la molla, quando l'arma è carica, e supponendo che la molla immagazzini tutta questa energia, anche se in realtà non è così, il lavoro svolto sulla molla è uguale all'energia immagazzinata da essa. Ora il lavoro svolto è il prodotto della forza media applicata quando carichiamo per la distanza attraverso la quale viene applicata questa forza. In questo caso la forza media può essere presa come la forza applicata alla leva di caricamento quando è a metà strada della sua corsa. Questa può essere misurata con un dinamometro.

Il metodo descritto sopra è piuttosto grezzo, in quanto non tiene conto delle perdite d'attrito su perni e pistone durante il tratto di armamento. Sull'arma di prova, il cui caricamento avviene per mezzo della canna, la volata alla fine della corsa ha percorso una distanza di 22 pollici (55.9 cm) durante il caricamento (compreso il movimento iniziale a vuoto del sistema leva).

Si deve constatare che questo percorso non è una linea linea retta, ma un arco. La forza applicata alla volata (Nota: l'estremo della leva d'armamento che in questo caso è la stessa canna) al punto a metà strada dell'arco era di dieci libbre (4,54 Kg o 44.5 N), da cui il lavoro svolto sulla molla, e quindi l'energia contenuta in essa era di 22 x 10 pollici per libbra o (dividendo per 12), 18 piedi per libbre (18.3 ft.lb = 24.9 J). Questa cifra è in realtà solo di 2,4 piedi per libbre diversa dal valore effettivo che è di 20.4 piedi per libbra (27.7 J), ma è perfettamente accettabile, considerando il metodo utilizzato per ottenerla.

Un metodo più accurato rispetto a quello proposto in precedenza consiste nel rimuovere la molla dall'arma e disegnare la sua curva di carico. Questa linea (riprodotta per la nostra arma di prova in figura 2.1) rappresenta l'importo della deformazione della molla per ogni determinato carico, se il carico è in libbre e la deformazione in pollici, l'area sotto la curva rappresenta il numero di pollici per libbra immagazzinate all'interno dela molla. Questa unità di energia può essere convertita nel più consueto piedi per libbra dividendo semplicemente per 12. L'area totale sotto la curva è pertanto una rappresentazione dell'importo massimo di energia che può essere accumulato da quella particolare molla. Questa quantità di energia è limitata dal fatto che continuando ad aumentare il carico, prima o poi le spire attigue si toccheranno, impedendo un'ulteriore accorciamento della molla.
NOTA: in italiano si dice che le spire vanno “a pacco”, mentre in inglese il termine usato è “coilbound” ovvero “rimbalzo delle spire”.


Fig. 2.1. Grafico dell'energia della molla.
La quantità di energia utilizzabile immagazzinata da una molla quando l'arma è caricata può essere determinata prendendo l'area sotto la curva solo tra i limiti di compressione iniziale e di compressione a carabina armata, cioè per l'intero viaggio del pistone. La compressione iniziale è l'importo di compressione della molla quando è a riposo nella carabina. La corsa del pistone è, naturalmente, la distanza coperta dal pistone dal momento del rilascio all'arrivo in fondo del cilindro.

Al fine di tracciare con precisione questa linea, deve essere determinata la deformazione per ogni determinato carico. A questo scopo, si potrebbe mettere la molla in posizione verticale su un banco rigido. Fare passare una barra attraverso il centro della molla e attraverso un apposito foro praticato sul banco. La barra è fermamente bloccata dalla parte superiore della molla da un dado avvitato all'estremità dell'asta. Dalla parte inferiore della barra viene fissato un vassoio. più leggero possibile, che serve per raccogliere i pesi aggiuntivi, con incrementi di circa dieci libbre. La lunghezza iniziale della molla può essere misurata con un regolo e quindi si possono fare successive misure dopo aver applicato i pesi, e poi ancora quando vengono rimossi.

Questa procedura deve essere ripetuta per ottenere due set di risultati, la media dei quali viene utilizzata per tracciare un grafico (come quello in figura 2.1). Si sarà notato che questa linea non è retta, ma è leggermente curva per le prime 70 o 80 libbre. Se fosse stataretta, si sarebbe potuto individuare un solo punto, e attraverso questo punto e l'origine tracciare una retta per ottenere il grafico.

La compressione iniziale viene determinata al momento di sostituire la molla. Questa, e la corsa del pistone vengono riportate sul grafico per trovare l'area tra questi due limiti. Per semplicità, l'area può essere considerata come quella di un trapezio, la quale può essere calcolata moltiplicando la metà della somma dei lati paralleli per la distanza tra di loro. Il risultato è pari all'energia totale, espressa in pollici per libbra.

È stato tuttavia necessario determinare la capacità di immagazzinamento dell'energia di un certo numero di molle. Pertanto, abbiamo costruito un un apparecchio (fig. 2.2.), che ci ha consentito di testare comodamente qualsiasi molla di arma ad aria compressa rapidamente e con precisione. Invece di utilizzare i pesi, come nel metodo precedente, la molla è stata compressa contro una molla molto più rigida la cui curva di carico/deformazione era precedentemente stata determinata con precisione. Quando si ruotava la manovella la molla da testare si comprimeva contro la molla di riferimento più dura, le piccole deviazioni di questa molla erano misurate da un indice (lancetta) di orologio tarato in millesimi di pollice. Sapevamo che per ogni dieci libbre applicate alla molla di riferimento l'indice veniva deviato di 8.5 millesimi di pollice. Così la maniglia è stata ruotata fino ad ottenere letture successive di 8,5 millesimi di pollice. In ciascuno di questi punti è stata misurata la lunghezza della molla sotto test con un regolo. La curva di deformazione del carico per la molla in prova è stata quindi disegnata, con con riportati intervalli di dieci libbre sull'asse di carico.

La compressione iniziale della molla e la sua corsa sono stati stabiliti rimontando l'arma e questi due punti sono stati contrassegnati sul grafico per dare i limiti tra i quali l'area deve essere determinata.

Nella nostra arma di prova, la compressione iniziale era di 0.75 pollici (1.91 cm vedere fig. 2.1), da cui si evince che la molla ha un carico iniziale di 78 libbre (347 N). La corsa del pistone era di 2.5 pollici (6.35 cm) a cui deve essere aggiunto il valore della compressione iniziale, il che da una somma totale di 3.25 pollici (8.51 cm). Dal punto in cui la curva del grafico interseca la scala verticale (flessione) a 3.25 pollici può essere tracciata una linea per la scala orizzontale (carico), che interseca la nostra curva presso il punto delle 200 libbre (890 N). L'area ombreggiata tra queste linee e la curva del grafico rappresenta la quantità di energia utilizzabile dalla molla. È interessante notare che in questo caso l'arma non ha fatto il miglior uso della molla, se la compressione iniziale fosse stata aumentata di altri 0,8 pollici (2 cm), la molla sarebbe stata completamente compressa, tanto da raggiungere il contatto delle spire adiacenti, l'area sotto la curva sarebbe stata maggiore poiché la parte ombreggiata del grafico sarebbe risultata tutta spostata a destra, anche se, naturalmente, l'arma sarebbe stata un po' più difficile da caricare. Al contrario, se la molla fosse stata vecchia tanto da aver perso parte della sua originale lunghezza, abbastanza da aver perduto del tutto la sua compressione iniziale, allora l'area ombreggiata si sarebbe tutta spostata a sinistra, a significare che si era verificata una riduzione della capacità di immagazzinamento della molla.

Questo indica come sia molto importante assicurarsi che la molla di un'arma ad aria compressa rimanga a lungo come il produttore l'ha originariamente fatta.

Prima di discutere dei materiali e dei metodi impiegati per produrre le molle delle armi ad aria compressa vale la pena spendere qualche parola per considerare le caratteristiche di fabbricazione che una di queste molle dovrebbe avere. Dovrebbe avere la capacità di essere compressa fino al suo limite massimo più volte, senza perdita di lunghezza. Dovrebbe essere capace di improvvisa espansione senza fratturarsi, e dovrebbe resistere all'instabilità laterale, per quanto possibile, entro i margini del sostegno offerto dal pistone. Questi fattori richiedono un alto grado di controllo del produttore, dalla selezione del materiale, del trattamento termico finale e della fase di test.

Quando una molla elicoidale viene compressa, l'energia è in realtà immagazzinata dalla torsione del filo. Se comprimiamo una piccola e debole molla con un mano, possiamo chiaramente osservare la veridicità di questa affermazione. Come ogni spira si chiude rispetto alla sua vicina il filo si torce, ed è necessario continuare ad applicare molta forza per superare la resistenza del filo e obbligare le spire a mantenere la loro nuova posizione. La forza necessaria a produrre una compressione unitaria (la pendenza del grafico in figura 2.1), è una misura della "rigidità" della molla.(stiffness, K=F/δ, in italiano si trova anche come coefficiente elastico).

La rigidità di una molla è determinata dalle sue dimensioni fisiche secondo le leggi matematiche:

Se il diametro del filo viene raddoppiato mentre tutto il resto rimane lo stesso, allora la molla sarà sedici volte più rigida.

Se il diametro della molla stessa è raddoppiato, allora la rigidità è ridotta ad un ottavo del suo valore precedente.

Se il numero di spire attive è raddoppiato in una molla di una determinata lunghezza, allora la rigidità è dimezzata.

NOTA: questa ultima affermazione, effettivamente potrebbe risultare un po' strana, di primo acchito. Per avere un'idea sulla veridicità o meno di queste tre affermazioni sulla rigidità delle molle si può utilizzare la seguente formula pratica, utile a stabilire il valore della rigidità di una molla:

Utilizzando questa formula è facile verificare la veridicità di tutte e tre le affermazioni precedenti.

È evidente da quanto sopra che la progettazione di una molla è una scienza a sé. Sono stati scritti molti libri sull'argomento ed è ben di fuori del campo di applicazione del presente lavoro approfondire il tema. L'appassionato di armi ad aria compressa vuole semplicemente essere in grado di valutare le proprietà di una molla mediante una semplice regola pratica (rules of thumb = regole del pollice), quando è possibile. Egli difficilmente potrebbe osservare quanto una molla si è indebolita durante la sua vita, ma sicuramente è in grado di valutare quanto sia diventata più corta.

Così supponendo di rimuovere la molla da un'arma la cui storia ci è sconosciuta, che cosa bisogna cercare nel momento in cui dobbiamo decidere se questa possa andare ancora bene o se debba essere sostituita? Un'ispezione visiva rivelerà presto se è parzialmente collassata, osservando la presenza o meno di alcune spire a contatto in un unico punto rispetto ad un altro. Questa criticità è di solito accompagnata da instabilità, che risulta facile da individuare, poiché la molla sarà visibilmente piegata. Ognuna di queste condizioni riduce le prestazioni della molla tanto da sottrarle parte della sua lunghezza originale che, come abbiamo già dimostrato, è il fattore più importante quando si valuta una molla. A volte è difficile determinare se la molla che è stata in servizio per qualche tempo abbia perso parte della sua lunghezza originale. Se si ha a disposizione una molla nuova per il confronto, il compito è facile, ma spesso una molla nuova non è disponibile. Se così fosse, le seguenti indicazioni possono servire come guida approssimativa. La maggior parte delle molle che abbiamo analizzato, da nuove, hanno una distanza tra le spire di circa una volta e mezza il diametro del filo. O per dirla in un altro modo, la molla quando è completamente compressa misura circa 0,4 volte la sua lunghezza originale. Un'altra indicazione è la quantità di compressione iniziale che deve essere applicata, nella maggior parte dei casi, questa è stimata in circa due pollici. È inoltre consigliabile verificare che la molla sia quasi con le spire a contatto nella sua posizione più compressa, in modo che possa usare la sua massima capacità di immagazzinamento di energia disponibile. Molto spesso si incontrano armi che hanno una molla completamente inadeguata.
NOTA: stiamo parlando di carabine springer full degli anni '70, oggi, soprattutto per quanto riguarda le depotenziate, queste ultime due valutazioni non sono vere a priori; molto spesso le molle non sono affatto precompresse dentro la carabina, e le spire non arrivano a contatto quando la carabina è armata.

Mentre sul tema delle molle inadeguate, la domanda più ricorrente è; "è possibile montare una molla più potente?" Nella maggior parte dei casi la risposta a questa domanda è "No". Di solito una molla più potente è troppo lunga e il suo diametro è troppo grande. Se la lunghezza è sbagliata, e la nuova molla deve assere tagliata, potrebbe succedere che, al fine di riuscire a caricare l'arma, la compressione iniziale vada completamente persa. Supponendo anche di riuscire ad adattare una molla più potente senza fare troppa macelleria, esaminiamo il risultato in termini di energia alla bocca: abbiamo già affermato che l'efficienza complessiva dell'arma di questo tipo è dell'ordine del 30%, quindi per ogni piede per libbra supplementare che una molla più grande può immagazzinare, solo 1/3 viene restituito come energia alla bocca. Questo piccolo vantaggio deve essere adeguatamente valutato, rispetto ai probabili svantaggi a cui si va incontro, come l' aumento dello sforzo necessario all'armamento e l'incremento del peso di scatto.

Un produttore continentale produce un'arma interessante, poiché la carabina contiene due molle l'una dentro l'altra. In teoria questa sembra essere una buona idea, ma in termini pratici i risultati sono deludenti, poiché sembra che le due molle interferiscano e non producano la potenza prevista.

È possibile confrontare le prestazioni di due molle confrontando il loro peso. Se una dovesse essere due volte pesante dell'altra, allora come regola pratica, è ragionevole aspettarsi che abbia doppio della capacità energetiche, sempre supponendo che entrambe siano sfruttate alla loro piena capacità. Ciò presuppone, ovviamente, che il materiale e la tempera di entrambe le molle siano gli stessi.

La maggior parte delle molle per armi ad aria compressa vengono realizzate utilizzando filo di acciaio armonico di alta qualità B.S. 1429 o B.S. 1408 (B.S. = British Standard). Questo è il materiale che viene utilizzato per la maggior parte delle molle di tutta l'industria. Naturalmente esistono altri materiali da cui possono essere prodotte molle: acciaio inox per applicazioni corrosive o leghe di Rame Berillio per applicazioni non magnetiche. Spesso ci si chiede se c'è un tipo di acciaio migliore, anche se più costoso, in grado di realizzare una molla più duratura e che possa immagazzinare più energia. A quanto ci risulta, non esistono tali materiali, e dato che non sono normalmente disponibili, i problemi e i costi da affrontare per il loro utilizza, non giustificherebbero il piccolo vantaggio ottenuto dal loro impiego.

Il materiale normalmente utilizzato le molle è prodotto in forma di filo tondo indurito e temprato pronto per essere avvolto nel prodotto finito. È per questo motivo che le molle di sezione quadrata o rettangolare non sono facilmente disponibili. L'alta qualità dell'acciaio che viene trasformato in filo tondo, abbiamo capito che non è trasformabile in sezione quadrata o rettangolare. Così, anche se uno dovesse procurarsi una molla con sezione quadrata, c'é la possibilità che i vantaggi ottenuti sfruttando una sezione più grande del filo, risultino annullati dall'uso di un materiale più povero.

Una volta che il filo è stato avvolto per formare la molla, deve essere trattato in modo da ridurne lo stress. La riduzione dello stress viene fatta a bassa temperatura nell'arco di alcune ore al fine di rimuovere le sollecitazioni locali causate dall'avvolgimento del filo. I test delle molle delle armi ad aria compressa dovrebbero consistere nel comprimerle più volte fino a quando le spire si tocchino, quindi dovrebbero essere nuovamente compresse e lasciate in quello stato qualche ora. Poi dovrebbero essere liberate e la loro lunghezza controllata per assicurarsi che sia uguale alla lunghezza desiderata.

Un ultimo punto sulla molla: nel momento in cui l'arma spara, il pistone e l'intestazione frontale della molla si muovono in avanti con tale velocità che la coda della molla viene anch'essa trascinata in avanti. Ora, più avanti nel libro, verrà mostrato che il pistone rimbalza indietro sul cuscino d'aria compressa. Così il momento in cui il pistone rimbalza, la coda della molla ha anch'essa lasciato il suo piano di appoggio presso la base del cilindro.

Quindi, per un attimo infinitesimale di tempo, il pistone e la molla sono sospesi all'interno del cilindro, senza che nessuna delle due estremità sia in contatto con qualunque parte interna. Provate ad immaginarlo, la prossima volta che tirate il grilletto !!

Tratto e tradotto dal libro “The Air Gun from Trigger to Muzzle” scritto da G.V. Cardew, G.M. Cardew e E.R. Elsom
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Commenti

Alessandro
16 Apr 2013, 07:16
Non conoscevo quel sito in particolare. Riguardo alle molle ad alta potenza, immagino che gli acquirenti sino soprattutto coloro che volgiono potenziar ela loro carabina di libera vendita. Nei vari forum non se ne parla e se ne parla poco. In ogni caso non si tratt a di un vero sito di e-commerce, quindi non puoi comprare direttamente ma devi telefonare o mandare una e-mail, anche attraverso il form sul loro sito. Ho visto che hanno 3 differenti prezzi pr ogni molla, per cui immagino che ci sino 3 stwep di potenza.

Da quel poco che ne so, perché non sono mai stato molto interessato all'argomento "potenza", ma ho sempre preferito la precisione, molte molle "speciali" vengono appunto montate utilizzando dei kit, commerciali, come il Maccari, o artigianali, come il C5. Questo perché di soliti la preciione e la controllabilità della carabina ne risente in maniera pesante. Personalmente non potenzierei una 4,5 mm, allmeno non ai livelli descritti sul sito. Immagino che le velocità riportate siano solo pubblicitarie, un modo per far colpo su eventuali clienti inesperti. Se varamente il pallino raggiungesse i 370 m/s, non potresti più utilizzare la carabina ll'aperto, ma solo all'interno di un poligono, perché farebbe un botto del tutto simile a quello di un'arma da fuoco.

Però puoi sempre telefonare e chiedere spiegazioni. Se avessero una molla da 25 joule o giù di lì, io un pensiero ce lo farei. Usata con un pallino pesante tipo Barracuda Match o JSB Exact Heavy, dovrebbe dare buoni risultati.

ciao
Alessandro
Raffaele
15 Apr 2013, 10:38
Salve alessandro ho visto su un sito che si chiama altapotenza.net una molla fatta in acciaio con particolari trattamenti termici per una diana 31 che possiedo. Siccome non conosco questo sito volevo sapere se magari conoscevi queste molle extra potenti o almeno ci dai un occhiata e mi dai un tuo giudizio. (la molla aumenta la carabina da 20joule a 35 joule, resisterà la carabina meccanicamente? oppure questa molla e una bufala?)grazie
Alessandro
08 Dic 2012, 14:35
Si tratta di 2 armi completamente differenti, per cui non si può dare un consiglio.

La Weihrauch HW 977 è il top per quanto riguarda le armi a molla. Nel senso che nel comapo delle springer forse esiste qualcosa di meglio, ma se esiste è molto poco, e comunque va ad opinioni. Costruita con tutta la perizia e la robustezza di cui sono capaci i tedeschi. Sviluppa circa 18 joule, e nelle mani giuste può essere veramente molto precisa. Di contro se non la si sa capire e utilizzare, potrebbe essere frustrante, perché è una di quelle armi che si muove durante lo sparo.

La Hatsan AT44 è una PCP di primo costo. Anzi, a dirla tutta costa la metà di una PCP di primo costo e di bassa potenza. Si tratta di un'arma turca, che sviluppa oltre i 30 joule. Tenendo conto che alcune PCP costano oltre i 2000 (duemila) euro, che una PCP di pari potenza costa minimo 1000 euro, e che nessuno regala nulla, è possibile farsi un'idea del livello qualitativo e costruttivo. Però è una PCP, per cui se uno non sa sparare bene, e non ha nessuna intenzione di imparare a sparare bene, una PCP sarà sempre più precisa di una springer, soprattutto se di elevata potenza.

In ogni caso non costano uguale, perché le due carabina vanno gestite in maniera differente. Poi il prezzo finale varia a seconda di quello che dovrai i vorrai aggiungere come accessori

Il serbatoio della PCP va riempito, quindi occorre mettere in preventivo almeno 200 euro per una pompa o ancora meglio per una bombola, visto che con 30 joule, a 200 bar potrai sparare intorno ai 30 colpi. Se caricare il serbatoio di una depotenziata usando la pompa, è tutto sommato una ginnastica piacevole e poco faticosa, e poi si spara per un paio di ore, dover pompare ogni 15 minuti diventerebbe un po' sfiancante. Anche perché dopo aver pompato, con i muscoli affaticati, si spara molto male. Meglio la bombola da sub.

Poi dovrai mettere l'ottica, obbligatoria sulla HW 977, mentre la Hatsan ha le mire. Però non si può certo pretendere di sparare a 50 metri con una PCP senza ottica, sarebbe un po' troppo limitativo. Per cui alla fine ci andrà un'ottica anche per la PCP. In questo caso, però, visto che l'arma non ricula, potrai mettere l'ottica che vuoi, mentre sulla carabina a molla ne dovrai mettere una resistente al rinculo.
luca
07 Dic 2012, 21:46
Qualcuno sa consigliarmi tra hatsan 44s pcp e weihrauch 977 springer quale è più preciso e potente in cal.4,5 visto che costano quasi lo stesso prezzo? Grazie
Alessandro
10 Feb 2012, 19:48
Secondo la casa madre dovrebbero essere tra i 20 e i 21 Joule.

ciao
Alessandro
maurizio
10 Feb 2012, 13:48
ciao seguo mollto il tuo sito è veramentew completo ho 56 anni sono 40anni che sparo con aria compressa devo dire che le springer sono ancora quelle che mi attirano di più adesso sparo con una Gamo CF30 ATS con la molla originale quanti joule ha? ciao grazie
Alessandro
14 Dic 2011, 06:43
Per conoscere l'energia erogata dalla pistola bisogna moltiplicare il quadrato della velocità alla bocca, per il peso del pallino in grammi e dividere per 2000.

La velocità alla bocca si misura con un cronografo. Indicativamente puoi fare riferimento ai dati di velocità dichiarati dal produttore, riportati sul manuale o sul suo sito internet, e supporre un peso del pallino di circa 0,45 grammi.

ciao
miguel
12 Dic 2011, 20:31
salve ho comprato una gamo p900 posso gentilmente sapere a quanti joule corrisponde? grazie.
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