第一滴血 – 彈道學 (The First Blood – Ballistics)

在上一篇文章<<21世紀的盔甲-當代防彈科技>>,小編已介紹了槍械的發射原理及不同類型的防彈物料。接下來小編會介紹彈道學涉及的科學資訊,希望大家能更全面了解被槍傷前後發生的事情。

 

軍械法證與彈道學的關係

彈導學在軍械法證的應用是不可劃缺的學問。簡單來說彈導學就是根據現場的環境參數和中槍者的傷勢,以科學方法進行計算從而去呈現槍擊的情境以推測槍手的射擊角度及位置、彈藥種類甚至是使用的槍械以作為偵查線索或呈堂證供。

當然有人會認為在現場找到彈殼便可以知道槍手的射擊位置,因此覺得彈導學是一種很多餘又奢侈的偵查工具。可是在現實上,若果槍擊案在建築物林立又多橫街窄巷的香港發生,尋找彈殼的工作又應從何入手呢? 所以很多時候法證人員都會先研究中槍者的傷勢及中槍時的姿態及位置以獲取第一手線索去進一步調查行凶位置。

 

彈道學(Ballistics)

彈道學主要按子彈的行徑為三類,每個範疇都涉及不同類型的物理學:

外彈道學(External Ballistics): 子彈離開槍管後的情況。

內彈道學(Internall Ballistics): 子彈在槍管時發射的情況。

終端彈道學(Terminal Ballistics): 子彈到達目標後的情況。

當槍手開槍時,燃點火藥使彈殼內氣體急速澎漲令子彈朝槍管外射出,子彈經過空氣並擊中目標。子彈在射出後的路徑驟眼看雖然是直線,但在彈道科學上嚴格來說子彈前進的時候因重力的影響會以拋物線形式行走,距離愈遠拋物線的軌跡愈明顯(見下圖)。

當彈頭離開槍管後,其運動的狀態會因空氣阻力及重力的影響開始偏航(Yawing),其後令彈頭在空中翻滾(Tumbling)。彈頭愈長,偏航、翻滾的程度愈大,穩定性愈低。

為了提高準確度,槍管內呈螺旋紋的」膛線」或」來福線」(Rifiling)令子彈離開時作出與前進方向垂直的旋轉運動。旋轉運動產生的角動量(Angular Momentum)令彈頭運動狀態穩定於其旋轉軸,這設計應用了陀螺儀效應(Gyroscopic effect)的原理減少空氣阻力及重力對彈頭的影響從而穩定彈道(見下圖)。

角動量及陀螺儀效應

動量(Momentum) 角動量(Angular Momentum)
運動模式 直線 旋轉
物理公式 = 質量(Mass) x 速度(Velocity) = 轉動慣量(Moment of inertia) x 角速度(Angular Velocity)
姐係描述緊~ 使靜止中的物體傾向直線移動或令直線移動中的物體傾向靜止所需的力量 使靜止中的物體傾向運轉或令運轉中的物體傾向靜止所需的力量
方向性 直線移動的方向 轉軸

上表對角動量的解說若套用到子彈發射上,火藥的爆炸提供了推進力、推進力與槍管的膛線為彈頭提供了很大角速度(運轉速度),因此其角動量的值很大。而推進力的方向與角動量方向水平,因此彈頭射出後能有效抵抗外力的影響朝目標穩定地運動。

旋轉中的陀螺儀就是因為角動量的作用而能夠在旋轉時穩定地站著,因此這又稱為陀螺儀效應。

有關陀螺儀效應的詳細解釋可參閱以下連結:
https://www.youtube.com/watch?v=XPUuF_dECVI&t=2554s

 

 

傷口彈道學(Wound Ballistics)

傷口彈道學屬於終端彈道學,研究主要是針對子彈進入人體後所發生的情況。

當彈頭擊中人或動物後,會從身上其中一點進入目標體內。由於生物體內的組織大多都是軟組織,所以子彈進入體內後不會立即停下而是穿過在軟組織一段路程才停下來。彈頭本身是以拋物自轉的狀態下行走,軟組織的阻力會令其而以非直線的運動方式進入體內。除止之外,所使用彈頭的型狀亦會導致不同程度的傷勢, 如“中空彈” (Hollow point bullet/ Jacketed Hollow Point, JHP) 和」空尖彈」(Jacketed soft point, JSP) 就是最常見的提升傷害值的設計。

「中空彈” 或」空尖彈」 就是中央有坑的彈頭,其外側亦有機會有些垂直的縫隙。這種設計會增加彈頭對目標體內的傷害,因此有很多手槍都建議使用中空彈或空尖彈去增加每一發子彈的傷害以彌補手槍火力不足、彈匣容量少的缺點。

中空彈彈頭在擊中目標時,由於撞擊面只有一個環形的面積,這比一般實心彈頭(Full Metal Jacketed, FMJ)更少,因此巨大的反作用力令總體強度不足的撞擊面開始沿反作用力的方向變形。這樣變相增加了彈頭的口徑繼而令彈頭在體內淺層組織開了個更大的洞,因此這類彈頭又被稱為“擴張型彈頭”(Expending Bullet)。空尖彈彈頭通常以銅和鉛製造,撞擊時銅和鉛強度差距亦有機會令彈頭在目標體內撕裂、粉碎,繼而令傷勢變得更複雜。有些設計中,中空彈頭邊緣的裂隙是特製成條狀(如R.I.P.狼爪彈頭),這樣擊中目標後易於在體內破碎四散繼而增家對目標的傷害。

有關彈頭的穿透性及澎漲性之彈道凝膠實測:

一般中空彈:https://youtu.be/NvYWWwylz-I

R.I.P.中空彈:https://www.youtube.com/watch?v=6sas9N3OmuM

普通彈頭:https://www.youtube.com/watch?v=WQ6Jslg4e_0

以上影片中,RIP彈頭的彈道特性跟實心彈頭是有分別的。兩款彈頭在彈道凝膠走過的軌跡大致相同但RIP彈頭在剛進入目標後便開始碎裂,條狀碎片有向外擴張的痕跡。相比下,實心彈頭的行徑比較順滑。

順帶一提,彈道凝膠(Ballistic Gelatin) 是一種用來檢視目標內部彈道的凝膠。有些類型更是造成人的模樣,其硬度亦可模仿人體組織,從而可以測試彈頭擊中人體的傷害性。指定成份的凝膠亦有用作測試子彈穿透力的用途,如美國FBI就會以彈頭穿透凝膠的距離評估子彈質素。

下篇文章小編會再詳細介紹槍傷後的處理及最新的急救技術。