Carabine à air comprimé

[invite3151c7d1]

Bonjour a tous

Pour pouvoir m'aider laissez moi presentez a ceux qui ne connaissent pas le fonctionnement du systeme ce ci:

http://http://www.arld1.com/pistonpelletdynamics.html

Dans cette page web vous pouvez voir le fonctionnement du mecanisme d'une carabine a air comprime, juste qu'il manque la partie ou on arme la carabine avec brizure du canon qui ramene l'ensemble piston ressort a l'arriere puis l'action de la detente libere le tout comme indique sur la page en haut.

pour un plomb ayant un poid moyen de 0,5g, est ce qu'en augmentant la raideur du ressort pour une course moyenne de 23cm on peut depasser la vitesse du son?
si non ou va l'energie supplementaire fournie par la raideur augmentee du ressort?
Merci d'interagir avec ce poste parceque c'est tres important pour moi
merci
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[archeos]

Hello!
J'suis un peu inquiet : t'as quelqu'un à occire?

[invite3151c7d1]

bien non si c'etait ca juste une arme a feu et pas besoin de ce casser la tete
mais juste que quelqu'un ma affirme que depasser la vitesse du son est impossible pour ce systeme et moi je veux savoir si c'est vrai et je demande sa aux experts de la physique sur ce forum

[Jeanpaul]

Vitesse du son, mais laquelle ? Physiquement, ce sont les molécules de gaz qui poussent le pellet et on ne voit pas comment elles pourraient le pousser beaucoup plus vite qu'elles ne vont elles-mêmes.
Mais le gaz va chauffer par compression quasi-adiabatique, donc la vitesse du son va changer.
Ils disent que la pression est de 3000 psi, soit 200 bars environ.
Si tu appliques la formule des gaz parfaits, tu vas trouver que p.V^gamma est une constante et que T est proportionnelle à p^(1 - 1/gamma) soit p^(2/7) et la vitesse du son dans le gaz comprimé-chauffé est la racine carrée de T. Elle va varier comme la puissance 1/7 de la pression, soit 200^(1/7) = 2,3
On peut donc imaginer que le pellet aille à une vitesse double du son à température ambiante. C'est à peu près le cas de certaines balles de fusil.
Le rendement énergétique doit être assez mauvais.

[A voir en vidéo sur Futura]

[EChevallier]

Personnellement je ne vois pas pourquoi on s'intéresse à la vitesse des ondes sonores, puisque ce n'est pas une onde sonore qui pousse la balle: dans un son il n'y a pas déplacement de matière or ici l'air se déplace pour pousser la balle.

[Jeanpaul]

Il y a un rapport avec la vitesse du son, c'est que la vitesse du son est comparable à la vitesse des molécules du gaz et que ce sont les molécules d'air qui poussent le projectile. Donc pour que ça marche, il faut que les molécules aillent plus vite que le projectile sinon, comment pourraient-elles pousser efficacement ?

[calculair]

Bonjour,

Je ne sais si cela est vrai
La vitesse du son dans l'air doit dependre de la pression. Quand celle-ci est plus elevée le son doit aller plus vite.

ainsi la vitesse du son dans l'air de la carabine est plus elevée que la vitesse du son dans l'air ambiant.....

[invite2313209787891133]

Bonjour

Elle est bien faite cette animation...
On peut effectivement dépasser la vitesse du son à température ambiante; les carabines à air comprimé peuvent atteindre un peu plus de 30m/s; les modèles à air pré-comprimés montent à plus de 400m/s

[Jeanpaul]

Je ne sais si cela est vrai
La vitesse du son dans l'air doit dependre de la pression. Quand celle-ci est plus elevée le son doit aller plus vite.

Non, ce n'est pas le cas, au moins avec une bonne approximation.

[invite2313209787891133]

Non, ce n'est pas le cas, au moins avec une bonne approximation.

Si, c'est le cas...
La vitesse du son est proportionnelle à la racine de la pression.

[calculair]

Bonjour,

Je pense qu'il faut distinguer le processus de deplacement d'un ebranlement de pression dans un milieu elastique, du processus de la generation de la surpression provoquée par le deplacement du piston.

La balle dans le canon est poussée par un front de pression d'air qui augmente trés vite. Elle obeit a chaque instant à F = m dV /dt.

Quand le ressort est detendu, la zone de surpression va alors se deplacer comme un ebranlement à la vitesse imposée par la masse et l'elasticité du milieu.

Par contre je ne comprend pas très bien comment la zone de surpresson se trovant juste devant le piston se deplace dans la masse d'air de la carabine......

[invite3151c7d1]

air comprimé peuvent atteindre un peu plus de 30m/s; les modèles à air pré-comprimés montent à plus de 400m/s

Les carabines a piston ressort vont a une vitesse de +ou- 340m/s
c'est la vitesse du son dans l'air a 20°c je crois, mais la question est peuvent t'elles aller plus vite que sa?

en tenant compte de la raideur du ressort qu'ont peut augmentee donc plus d'energie apportee a notre systeme est ce que cela aura t'il un effet sur le systeme, si non cette energie de plus ou passe t'elle si elle ne contribue pas a augmenter la pression sur le plomb et ainsi la vitesse

[LPFR]

en tenant compte de la raideur du ressort qu'ont peut augmentee donc plus d'energie apportee a notre systeme est ce que cela aura t'il un effet sur le systeme, si non cette energie de plus ou passe t'elle si elle ne contribue pas a augmenter la pression sur le plomb et ainsi la vitesse

Bonjour.
Seule une petite partie de l'énergie du ressort se convertit en énergie cinétique du plomb. Une parte est perdue dans le recul de l'arme, une autre dans les forces de friction et une grosse partie pour comprimer et réchauffer l'air de la chambre. Et une petite partie à comprimer et chauffer l'air devant le plomb. Et ceci en supposant que le piston est complètement arrêté par l'air comprimé et non par une butée.
Mais je pense que oui, avec un ressort plus raide et un recalcul complet des volumes et des sections on devrait pouvoir dépasser la vitesse du son. Mais, j'insiste, il ne suffit pas de remplacer le ressort par un plus raide.
Mais il n'est pas sûr que le résultat soit portable sans un treuil.
Au revoir.

[predigny]

Bonjour.
... Une parte est perdue dans le recul de l'arme,....

Bonjour,
Ca ne doit pas faire une grosse perte. La masse du plomb de ces carabines est très petite et si il est vrai que les quantités de mouvement se répartissent à parts égales entre le plomb et la carabine, il en va tout autrement pour l'énergie cinétique. Pour un plomb de 1gr sortant à 500m/s et un fusil de 5kg on arrive à 5000 fois plus d'énergie dans le plomb que dans le recul du fusil.
Ce qui est étonnant, c'est qu'il semble que ce soit des canons à gaz comprimés qui battent les records actuels de vitesse d 'expulsion d'un projectile.

[LPFR]

Bonjour,
Ca ne doit pas faire une grosse perte. La masse du plomb de ces carabines est très petite et si il est vrai que les quantités de mouvement se répartissent à parts égales entre le plomb et la carabine, il en va tout autrement pour l'énergie cinétique. Pour un plomb de 1gr sortant à 500m/s et un fusil de 5kg on arrive à 5000 fois plus d'énergie dans le plomb que dans le recul du fusil.
Ce qui est étonnant, c'est qu'il semble que ce soit des canons à gaz comprimés qui battent les records actuels de vitesse d 'expulsion d'un projectile.

Re.
Oui, Predigny, c'est vrai pour un fusil.
Mais dans une carabine à air comprimé, la masse des objets en mouvement est beaucoup plus élevée que celle du plomb. Il y a le ressort et le piston. Même si une partie de la quantité de mouvement du piston est récupéré par la carabine au moment du freinage du piston.
A+

[invite3151c7d1]

Bonjour.
Seule une petite partie de l'énergie du ressort se convertit en énergie cinétique du plomb. Une parte est perdue dans le recul de l'arme, une autre dans les forces de friction et une grosse partie pour comprimer et réchauffer l'air de la chambre. Et une petite partie à comprimer et chauffer l'air devant le plomb. Et ceci en supposant que le piston est complètement arrêté par l'air comprimé et non par une butée.
Mais je pense que oui, avec un ressort plus raide et un recalcul complet des volumes et des sections on devrait pouvoir dépasser la vitesse du son. Mais, j'insiste, il ne suffit pas de remplacer le ressort par un plus raide.
Mais il n'est pas sûr que le résultat soit portable sans un treuil.
Au revoir.

pour ce qui est de l'arret du piston soyez sur que c'est l'air comprime qui l'arrete et non pas de butees.


S'il ne suffit pas de remplacer le ressort par un plus raid alors que doit on faire de plus pour parvenir a passer le mur du son avec une carabine air comprime

[LPFR]

S'il ne suffit pas de remplacer le ressort par un plus raid alors que doit on faire de plus pour parvenir a passer le mur du son avec une carabine air comprime

Re.
Ce que je vous ai déjà dit: il fout tout recalculer. La surface du piston et sa course ne sont pas faits "au pif". Il faut tout calculer pour que la pression soit suffisante pour obtenir la vitesse voulue mais aussi pour que le piston s'arrête quand il le faut, etc. Ce n'est pas du bidouillage.

Vous devriez faire l'effort de convertir les chiffres donnés en unités anglo-saxonnes, dans le très intéressant lien que vous avez donné, en unités métriques. Vous apprendrez, par exemple, que les pressions atteignent les 200 bars.
Donc il faut commencer pas calculer les pressions et les températures nécessaires pour dépasser la vitesse du son, puis voir les caractéristiques du piston qu'il faut et les dimensions de la chambre. Ce n'est pas si immédiat que cela.
A+

[Jeanpaul]

Si, c'est le cas...
La vitesse du son est proportionnelle à la racine de la pression.

Tu as une référence pour ça ?

[LPFR]

Si, c'est le cas...
La vitesse du son est proportionnelle à la racine de la pression.

Re.
Non. Pour un même gaz, la vitesse du son ne dépend que de la température.
A+

[invite3151c7d1]

Re.
Ce que je vous ai déjà dit: il fout tout recalculer. La surface du piston et sa course ne sont pas faits "au pif". Il faut tout calculer pour que la pression soit suffisante pour obtenir la vitesse voulue mais aussi pour que le piston s'arrête quand il le faut, etc. Ce n'est pas du bidouillage.

Vous devriez faire l'effort de convertir les chiffres donnés en unités anglo-saxonnes, dans le très intéressant lien que vous avez donné, en unités métriques. Vous apprendrez, par exemple, que les pressions atteignent les 200 bars.
Donc il faut commencer pas calculer les pressions et les températures nécessaires pour dépasser la vitesse du son, puis voir les caractéristiques du piston qu'il faut et les dimensions de la chambre. Ce n'est pas si immédiat que cela.
A+

Merci de ta reponse LPFR, je doit te dire que j'ai commencer a faire le calcul comme tu la dis dabord voir la pression necessaire pour depasser la vitesse du son ensuite calculer l'effort necessaire pour generer une telle pression, mais je me suis gourrer car il faut introduire la notion de la temperture ce que je ne sais pas comment on s'y prend et ensuite il y a le frottement dans la chambre de compression est ce qu'il faut que je le considere ou neglige j'en sais trop rien je suis un peu perdu. c'est pour cela que je pose mon probleme ici afin que vous me simplifier le calcul a faire et me guider dans ce tchallenge.

en fait pour ce qui est de changer des composants on est limite a ne pouvoir changer que le ressort, on ne touche pas a la chambre de compression.

Merci pour votre interret

[LPFR]

Re.
La température va augmenter pendant la compression car celle ci est adiabatique. Les équations qui décrivent ce processus sont:

Avec pour l'air
plus l'équation de gaz parfaits:

deux fois: une avec des indices 1 pour le début de la compression et l'autre avec les indices 2 pour l'étape courante.
Quand le gaz est comprimé adiabatiquement il chauffe. Souvenez-vous de la pompe quand vous gonflez un pneu de vélo.
Ici il va chauffer et beaucoup plus que vous ne le pensez. Et c'est grâce à cette augmentation de température que le gaz (et peut-être le plomb) peut dépasser la vitesse du son à la température ambiante. Car le plus vite que le gaz peut aller dans le canon est à la vitesse du son à sa température.

Mais commencez par calculer la pression qui faudrait pour donner la bonne vitesse au plomb (en négligeant les frottements).

Si vous ne pouvez pas changer la chambre de compression, méfiez-vous qu'elle ne vous pète pas à la figure (au sens propre du terme). Car vous serez obligé avoir des pressions nettement plus fortes. De même, il n'est pas sur qu'avec un ressort plus raide, celui-ci s'arrête avant de taper sur le canon. Il faut faire les calculs.

A+

[invite3151c7d1]

Re.

Mais commencez par calculer la pression qui faudrait pour donner la bonne vitesse au plomb (en négligeant les frottements).

A+

sa je n'arrive pas a trouver la bonne relation entre vitesse et pression

[LPFR]

Re.
Il faut passer par la force crée par une pression sur une surface, puis utiliser les lois du mouvement pour obtenir l'accélération et la vitesse.
A+

[predigny]

... Car le plus vite que le gaz peut aller dans le canon est à la vitesse du son à sa température.
...

Quand toutes les molécules d'un gaz sont forcées à aller dans la même direction, est-ce que la notion de température s'applique ? D'ailleurs ne fait-on pas des souffleries supersoniques où l'air va beaucoup plus vite que le son sans que sa température soit très différente de la température ambiante.

[LPFR]

Quand toutes les molécules d'un gaz sont forcées à aller dans la même direction, est-ce que la notion de température s'applique ? D'ailleurs ne fait-on pas des souffleries supersoniques où l'air va beaucoup plus vite que le son sans que sa température soit très différente de la température ambiante.

Re.
Je ne sais pas comment faire pour que toutes les molécules aient dans la même direction.
Et la vitesse du son n'est pas la vitesse des molécules dans un gaz.
On peut atteindre des vitesses supersoniques dans une tuyère avec le bon profil. Pas dans un canon. Et encore moins avec le gaz qui accélère un projectile.
Si vous calculez la vitesse du projectile poussé par un gaz en détente adiabatique, et que vous passez à la limite avec un projectile de masse nulle, vous trouverez que ce projectile de masse négligeable se déplace à la vitesse du son... à la température du gaz.
A+

[invite2313209787891133]

Re.
Non. Pour un même gaz, la vitesse du son ne dépend que de la température.
A+

Vous le faites exprès ou quoi ?

La vitesse du son dans un gaz parfait est fonction du coefficient isentropique γ (gamma), de la masse volumique ρ ainsi que de la pression p du gaz

Voir ici: http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse...un_gaz_parfait

[Jeanpaul]

Quand tu lis un article de Wikipedia, ne t'arrête pas à la première ligne, regarde aussi la suite...

[LPFR]

Vous le faites exprès ou quoi ?

Re.
Oui.
A+

[invite2313209787891133]

Quand tu lis un article de Wikipedia, ne t'arrête pas à la première ligne, regarde aussi la suite...

J'ai bien sur lu la suite; on peut ne pas tenir compte de la pression dans une certaine plage (c'est une approximation), mais fondamentalement la vitesse dépend de la pression.
En fait je pourrais te retourner la question.

[Jeanpaul]

J'ai bien sur lu la suite; on peut ne pas tenir compte de la pression dans une certaine plage (c'est une approximation), mais fondamentalement la vitesse dépend de la pression.
En fait je pourrais te retourner la question.

On se demande qui a écrit ça :

Si, c'est le cas...
La vitesse du son est proportionnelle à la racine de la pression.