نكص

لإيقاف المدفع المتحرك للخلف، تُبدد قوة الارتداد المكتسبة بواسطة قوة ارتداد معاكسة أمامية تُطبق على المدفع خلال فترة زمنية معينة أثناء وبعد خروج المقذوف من فوهة المدفع. ^{[ ملاحظة 2 ]} في الأسلحة الصغيرة المحمولة ، يُطبق الرامي هذه القوة باستخدام جسمه، مما ينتج عنه دفعة ملحوظة تُعرف عادةً باسم "الركلة". أما في المدافع الثقيلة المركبة، مثل الرشاشات الثقيلة أو قطع المدفعية ، فتنتقل قوة الارتداد عبر المنصة التي يُركب عليها السلاح . عادةً ما تكون حوامل المدافع ذات الوزن العملي غير قادرة على تحمل أقصى القوى التي تُسرع المدفع خلال الفترة القصيرة التي يبقى فيها المقذوف داخل الماسورة. وللتخفيف من قوى الارتداد الكبيرة هذه، تعمل آليات امتصاص الارتداد على توزيع قوة الارتداد المعاكسة على فترة زمنية أطول، عادةً ما تتراوح بين عشرة إلى مئة ضعف مدة القوى التي تُسرع المقذوف. ينتج عن ذلك انخفاض نسبي في قوة الارتداد المعاكسة المطلوبة، مما يسهل امتصاصها بواسطة حامل المدفع.

لتطبيق قوة الارتداد المعاكسة هذه، قد تستخدم المدافع الحديثة المثبتة على حاملها أنظمة امتصاص الارتداد التي تتألف من نوابض وآليات ارتداد هيدروليكية ، على غرار نظام التعليق الممتص للصدمات في السيارات. استخدمت المدافع القديمة أنظمة من الحبال مع الاحتكاك الدوراني أو الانزلاقي لتوفير قوى لإبطاء ارتداد المدفع حتى يتوقف. يسمح امتصاص الارتداد بتقليل أقصى قوة ارتداد معاكسة بحيث لا تتجاوز حدود قوة حامل المدفع.

مسدسات محمولة باليد

تنطبق مبادئ الفيزياء نفسها التي تؤثر على ارتداد الأسلحة المثبتة على حاملها على الأسلحة المحمولة باليد. مع ذلك، يتولى جسم الرامي دور حامل السلاح، وعليه تبديد زخم ارتداد السلاح على مدى فترة زمنية أطول من زمن مرور الرصاصة في فوهة البندقية، وذلك لتجنب إصابة الرامي. تتمتع اليدان والذراعان والكتفان بقوة ومرونة كبيرتين لهذا الغرض، ضمن حدود عملية معينة. ومع ذلك، تختلف حدود الارتداد "المُدركة" من رامي لآخر، تبعًا لحجم الجسم، واستخدام وسادات امتصاص الارتداد ، وتحمل الألم الفردي، ووزن السلاح الناري، وما إذا كانت أنظمة تخفيف الارتداد وأجهزة فوهة البندقية ( كابح ارتداد أو كاتم صوت ) مستخدمة. لهذا السبب، يبقى وضع معايير أمان الارتداد للأسلحة الصغيرة أمرًا صعبًا، على الرغم من بساطة الفيزياء المعنية. ^{[ 3 ]}

إذا أُخذت جميع الكتل والسرعات في الحسبان، فإن المجموع الاتجاهي، مقدارًا واتجاهًا، لزخم جميع الأجسام المشاركة لا يتغير؛ أي أن زخم النظام محفوظ. هذا الحفظ للزخم هو سبب حدوث ارتداد البندقية في الاتجاه المعاكس لانحراف الرصاصة - كتلة المقذوف مضروبة في سرعته (بما في ذلك الغاز) في الاتجاه الموجب تساوي كتلة البندقية مضروبة في سرعتها في الاتجاه السالب. باختصار، الزخم الكلي للنظام (الذخيرة، البندقية، والرامي/منصة الإطلاق) يساوي صفرًا تمامًا كما كان قبل الضغط على الزناد.

من منظور هندسي عملي، يُمكن، من خلال تطبيق قانون حفظ الزخم رياضيًا، حساب تقريب أولي لزخم ارتداد البندقية وطاقتها الحركية بناءً على تقديرات سرعة (وكتلة) المقذوف الخارج من فوهة البندقية. ومن ثم تصميم أنظمة امتصاص الارتداد بشكل مناسب لتبديد هذا الزخم والطاقة بأمان. وللتأكد من صحة الحسابات والتقديرات التحليلية، يُمكن قياس طاقة وزخم ارتداد المقذوف والبندقية مباشرةً بعد تصنيع نموذج أولي للبندقية باستخدام بندول باليستي وجهاز كرونوغراف باليستي .

تتحدد طبيعة عملية الارتداد بقوة الغازات المتمددة داخل ماسورة البندقية (قوة الارتداد)، وهي قوة مساوية ومعاكسة للقوة المؤثرة على المقذوفات. كما تتحدد بقوة الارتداد المعاكسة المطبقة على البندقية (مثل يد أو كتف المستخدم، أو قاعدة تثبيت). تعمل قوة الارتداد فقط خلال فترة بقاء المقذوفات داخل ماسورة البندقية. أما قوة الارتداد المعاكسة، فتُطبق عادةً لفترة أطول، وتضيف زخمًا أماميًا للبندقية مساويًا للزخم الخلفي الناتج عن قوة الارتداد، وذلك لإيقاف البندقية. هناك حالتان خاصتان لقوة الارتداد المعاكسة: الارتداد الحر ، حيث تكون مدة قوة الارتداد المعاكسة أطول بكثير من مدة قوة الارتداد، والارتداد الصفري، حيث تتساوى قوة الارتداد المعاكسة مع قوة الارتداد في المقدار والمدة. باستثناء حالة الارتداد الصفري، تكون قوة الارتداد المعاكسة أصغر من قوة الارتداد، ولكنها تستمر لفترة أطول. بما أن قوة الارتداد وقوة الارتداد المعاكس غير متطابقتين، فإن البندقية ستتحرك للخلف، متباطئة حتى تتوقف. في حالة انعدام الارتداد، تتطابق القوتان ولن تتحرك البندقية عند إطلاق النار. في معظم الحالات، تكون البندقية قريبة جدًا من حالة الارتداد الحر، لأن عملية الارتداد تستغرق عادةً وقتًا أطول بكثير من الوقت اللازم لتحريك المقذوفات عبر فوهة البندقية. مثال على شبه انعدام الارتداد هو بندقية مثبتة بإحكام على طاولة ضخمة أو مثبتة جيدًا، أو مدعومة من الخلف بجدار ضخم. مع ذلك، غالبًا ما يكون استخدام أنظمة انعدام الارتداد غير عملي وغير آمن لهيكل البندقية، حيث يجب امتصاص زخم الارتداد مباشرةً من خلال مسافة صغيرة جدًا من التشوه المرن للمواد المصنوعة منها البندقية وحاملها، مما قد يتجاوز حدود قوتها. على سبيل المثال، وضع مؤخرة بندقية كبيرة العيار مباشرةً على جدار وسحب الزناد يُعرّض البندقية وسطح الجدار للتشقق.

إن ارتداد السلاح الناري، سواء كان كبيرًا أم صغيرًا، هو نتيجة لقانون حفظ الزخم. بافتراض أن السلاح الناري والمقذوف كانا في حالة سكون قبل الإطلاق، فإن مجموع زخمهما يساوي صفرًا. وبافتراض حالة ارتداد شبه حر، وإهمال الغازات المنبعثة من فوهة السلاح (وهو تقدير أولي مقبول)، فإنه مباشرة بعد الإطلاق، يقتضي قانون حفظ الزخم أن يكون مجموع زخم السلاح الناري والمقذوف هو نفسه كما كان قبل الإطلاق، أي صفرًا. ويمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كما يلي: $${\displaystyle p_{\text{f}}+p_{\text{p}}=0}$$ أين${\displaystyle p_{\text{f}}}$هو زخم السلاح الناري و${\displaystyle p_{\text{p}}}$يمثل زخم المقذوف. بعبارة أخرى، مباشرة بعد الإطلاق، يكون زخم السلاح الناري مساوياً ومعاكساً لزخم المقذوف.

بما أن زخم الجسم يُعرَّف بأنه كتلته مضروبة في سرعته، فيمكننا إعادة كتابة المعادلة أعلاه على النحو التالي: $${\displaystyle m_{\text{f}}v_{\text{f}}+m_{\text{p}}v_{\text{p}}=0}$$ أين:

• ${\displaystyle m_{\text{f}}}$كتلة السلاح الناري
• ${\displaystyle v_{\text{f}}}$هي سرعة السلاح الناري مباشرة بعد إطلاق النار
• ${\displaystyle m_{\text{p}}}$كتلة المقذوف
• ${\displaystyle v_{\text{p}}}$هي سرعة المقذوف مباشرة بعد إطلاقه

إن القوة المتكاملة خلال الفترة الزمنية التي تؤثر فيها تُنتج الزخم الذي توفره تلك القوة. يجب أن توفر قوة الارتداد المعاكسة زخمًا كافيًا للسلاح الناري لإيقافه. وهذا يعني أن:

$${\displaystyle \int _{0}^{t_{\text{cr}}}F_{\text{cr}}(t)\,dt=-m_{\text{f}}v_{\text{f}}=m_{\text{p}}v_{\text{p}}}$$

أين:

• ${\displaystyle F_{\text{cr}}(t)\,}$تمثل قوة الارتداد المعاكس كدالة للزمن ( t )
• ${\displaystyle t_{\text{cr}}}$مدة قوة الارتداد المعاكس

يمكن كتابة معادلة مماثلة لقوة الارتداد على السلاح الناري:

$${\displaystyle \int _{0}^{t_{\text{r}}}F_{\text{r}}(t)\,dt=m_{\text{f}}v_{\text{f}}=-m_{\text{p}}v_{\text{p}}}$$

أين:

• ${\displaystyle F_{\text{r}}(t)}$تمثل قوة الارتداد كدالة للزمن ( t )
• ${\displaystyle t_{\text{r}}}$مدة قوة الارتداد

بافتراض أن القوى موزعة بالتساوي إلى حد ما على مدار فتراتها الزمنية، فإن شرط الارتداد الحر هو${\displaystyle t_{\text{r}}\ll t_{\text{cr}}}$أما بالنسبة لانعدام الارتداد،${\displaystyle F_{\text{r}}(t)+F_{\text{cr}}(t)=0}$.

في حالة إطلاق النار في ظروف الارتداد الحر، قد لا تدفع القوة المؤثرة على السلاح السلاح للخلف فحسب، بل قد تتسبب أيضًا في دورانه حول مركز ثقله أو نقطة ارتكاز الارتداد. ينطبق هذا بشكل خاص على الأسلحة النارية القديمة، مثل بندقية كنتاكي الكلاسيكية ، حيث يميل الجزء الخلفي من البندقية بزاوية أقل بكثير من الماسورة، مما يوفر نقطة ارتكاز قد يرتفع حولها فوهة البندقية أثناء الارتداد. أما الأسلحة النارية الحديثة، مثل بندقية M16 ، فتستخدم تصميمات للجزء الخلفي من البندقية تكون في خط مستقيم مع الماسورة، وذلك لتقليل أي تأثيرات دورانية. إذا كانت هناك زاوية لدوران أجزاء الارتداد، فإن عزم الدوران (${\displaystyle \tau }$) على السلاح يتم تحديده بواسطة:

$${\displaystyle \tau =I{\frac {d^{2}\theta }{dt^{2}}}=hF(t)}$$

أين${\textstyle h}$هي المسافة العمودية لمركز كتلة البندقية أسفل محور الماسورة،${\textstyle F(t)}$القوة المؤثرة على البندقية نتيجة لتمدد الغازات، مساوية ومعاكسة للقوة المؤثرة على الرصاصة.${\textstyle I}$عزم القصور الذاتي للمدفع حول مركز كتلته، أو نقطة ارتكازه، و${\displaystyle \theta }$هي زاوية دوران محور ماسورة البندقية "للأعلى" من وضعها عند الإطلاق (زاوية التصويب). يُحسب الزخم الزاوي للبندقية بتكامل هذه المعادلة للحصول على: $${\displaystyle I{\frac {d\theta }{dt}}=h\int _{0}^{t}F(t)\,dt=hm_{\text{g}}V_{\text{g}}(t)=hm_{\text{b}}V_{\text{b}}(t)}$$ حيث تم استخدام تساوي كمية حركة البندقية والرصاصة. ثم يتم إيجاد الدوران الزاوي للبندقية لحظة خروج الرصاصة من فوهة البندقية عن طريق التكامل مرة أخرى: $${\displaystyle I\theta _{f}=h\int _{0}^{t_{f}}m_{\text{b}}V_{\text{b}}\,dt=2hm_{\text{b}}L}$$

أين${\displaystyle \theta _{f}}$هي الزاوية التي تسبق زاوية التصويب والتي تغادر بها الرصاصة فوهة البندقية،${\displaystyle t_{f}}$هو زمن انتقال الرصاصة داخل الماسورة (بسبب التسارع)${\displaystyle a=2x/t^{2}}$الوقت أطول من${\displaystyle L/V_{\text{b}}}$ :${\displaystyle t_{f}=2L/V_{\text{b}}}$و L هي المسافة التي تقطعها الرصاصة من موضع سكونها إلى طرف فوهة البندقية. وتُعطى الزاوية التي تغادر بها الرصاصة فوهة البندقية فوق زاوية التصويب بالمعادلة التالية: $${\displaystyle \theta _{f}={\frac {2hm_{\text{b}}L}{I}}}$$

قبل أن يغادر المقذوف فوهة البندقية ، يسد التجويف ويمنع الغاز المتمدد الناتج عن احتراق الوقود خلفه. هذا يعني أن الغاز محصورٌ أساسًا داخل نظام مغلق ، ويعمل كعنصر محايد في الزخم الكلي لفيزياء النظام. ولكن، عند خروج المقذوف من الفوهة، يُزال هذا السد ، وينطلق غاز التجويف عالي الطاقة فجأةً من الفوهة ، متمددًا على شكل موجة صدمية فوق صوتية (قد تكون سريعة بما يكفي لتتجاوز المقذوف مؤقتًا وتؤثر على ديناميكيات طيرانه )، مُحدثًا ظاهرة تُعرف باسم انفجار الفوهة . يُولّد متجه هذا الانفجار الأمامي تأثير دفع نفاث يؤثر بدوره على الفوهة، مُضيفًا زخمًا إضافيًا إلى الزخم العكسي الناتج عن المقذوف قبل خروجه من البندقية .

إن قوة الارتداد الكلية المؤثرة على السلاح الناري تساوي وتعاكس الزخم الأمامي الكلي ليس فقط للمقذوف، بل وللغاز المنبعث أيضًا. وبالمثل، تتأثر طاقة الارتداد المؤثرة على السلاح الناري بالغاز المنبعث. وبحسب قانون حفظ الكتلة ، فإن كتلة الغاز المنبعث تساوي الكتلة الأصلية للوقود الدافع (بافتراض احتراقه بالكامل). وكتقريب أولي، يمكن اعتبار أن للغاز المنبعث سرعة خروج فعالة تبلغ${\displaystyle \alpha V_{0}}$أين${\displaystyle V_{0}}$هي سرعة فوهة المقذوف و${\displaystyle \alpha }$ثابت تقريبًا. الزخم الكلي${\displaystyle p_{e}}$ستكون مكونات المادة الدافعة والمقذوف كالتالي: $${\displaystyle p_{e}=m_{p}V_{0}+m_{\text{g}}\alpha V_{0}\,}$$ أين${\displaystyle m_{\text{g}}\,}$كتلة شحنة الوقود الدافعة تساوي كتلة الغاز المقذوف.

يجب استبدال هذا التعبير في معادلة زخم المقذوف للحصول على وصف أدق لعملية الارتداد. يمكن استخدام السرعة الفعالة في معادلة الطاقة أيضًا، ولكن نظرًا لأن قيمة α المستخدمة تُحدد عادةً في معادلة الزخم، فقد تكون قيم الطاقة المُستنتجة أقل دقة. تُؤخذ قيمة الثابت α عادةً بين 1.25 و1.75. وهي تعتمد بشكل أساسي على نوع الوقود المستخدم، ولكنها قد تتأثر قليلاً بعوامل أخرى مثل نسبة طول الماسورة إلى نصف قطرها.

يمكن لأجهزة فوهة السلاح تقليل قوة الارتداد عن طريق تغيير نمط تمدد الغاز. فعلى سبيل المثال، تعمل مكابح الفوهة بشكل أساسي عن طريق توجيه جزء من الغاز المنبعث نحو الجانبين، مما يزيد من شدة الانفجار الجانبي (وبالتالي يكون الصوت أعلى في الجانبين) ولكنه يقلل من قوة الدفع الناتجة عن القذف الأمامي (وبالتالي يكون الارتداد أقل). وبالمثل، تعمل معوضات الارتداد على توجيه الغاز المنبعث في الغالب إلى الأعلى لموازنة ارتفاع فوهة السلاح . ومع ذلك، تعمل كاتمات الصوت وفق مبدأ مختلف، ليس عن طريق توجيه تمدد الغاز جانبيًا، بل عن طريق تعديل سرعة تمدد الغاز للأمام. باستخدام حواجز داخلية ، يُجبر الغاز على السير عبر مسار متعرج قبل أن يُطلق في النهاية إلى الخارج من مقدمة كاتم الصوت، مما يؤدي إلى تبديد طاقته على مساحة أكبر ولفترة زمنية أطول. هذا يقلل من شدة الانفجار (وبالتالي يكون الصوت أقل ) والارتداد الناتج (لأن القوة تتناسب عكسيًا مع الزمن لنفس قوة الدفع ).

في نظام الارتداد الخفيف ، يبدأ الزنبرك (أو أسطوانة الهواء) الذي يُعيد الماسورة إلى وضعها الأمامي في حالة انضغاط شبه كامل، ثم تُطلق الماسورة لتندفع للأمام قبل الإطلاق مباشرةً؛ ويتم إشعال الشحنة عند وصول الماسورة إلى وضعها الأمامي الكامل. ولأن الماسورة لا تزال تتحرك للأمام عند إشعال الشحنة، فإن حوالي نصف قوة الارتداد تُستخدم لإيقاف حركة الماسورة، بينما يُستخدم النصف الآخر، كما في النظام التقليدي، لإعادة ضغط الزنبرك. ثم يقوم مزلاج بتثبيت الماسورة في وضعها الابتدائي. هذا يُقلل تقريبًا من الطاقة التي يحتاجها الزنبرك لامتصاصها، ويُقلل أيضًا تقريبًا من ذروة القوة المنقولة إلى قاعدة التثبيت، مقارنةً بالنظام التقليدي. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى تحقيق الإشعال بدقة في لحظة واحدة تُمثل صعوبة عملية كبيرة في هذا النظام؛ ^{[ 5 ]} وعلى عكس النظام الهيدروليكي الهوائي التقليدي، فإن أنظمة الارتداد الخفيف لا تتعامل بسهولة مع حالات تأخر الإطلاق أو عدم الإطلاق . كان أحد المدافع الأولى التي استخدمت هذا النظام هو المدفع الفرنسي عيار 65 ملم mle.1906 ؛ كما تم استخدامه أيضًا بواسطة سلاح PIAT البريطاني المحمول المضاد للدبابات في الحرب العالمية الثانية .

تُطلق البنادق عديمة الارتداد وقاذفات الصواريخ الغازات إلى الخلف، مما يُوازن الارتداد. وتُستخدم هذه الأسلحة بكثرة كأسلحة خفيفة مضادة للدبابات . ومن هذه الأسلحة مدفع كارل غوستاف السويدي الصنع عيار 84 ملم عديم الارتداد.

في الرشاشات التي تتبع تصميم حيرام ماكسيم - على سبيل المثال رشاش فيكرز - يتم استخدام ارتداد الماسورة لتشغيل آلية التغذية.