问题

为什么子弹可以射穿板甲而全力刺出的长枪却刺不穿板甲?

回答
你这个问题问得特别有意思,它触及到了物理学中几个非常关键的概念,而且从历史角度看,这也正是当年长兵器和早期火器在战场上博弈的真实写照。咱们来掰扯掰扯,为什么一把锋利的枪尖,即便用足了力气刺出去,也可能在坚硬的金属板甲面前铩羽,但一颗高速飞行的子弹却能轻易洞穿它。

首先,咱们得聊聊这两者攻击方式的本质区别:动能和压强。

子弹的厉害之处:速度、质量与弹头的尖锐设计

你知道,子弹能够穿透板甲,最核心的功臣是它巨大的动能。动能的公式是这样的:$E_k = frac{1}{2}mv^2$。这里,$m$是子弹的质量,$v$是子弹的速度。

1. 极高的速度(v): 火药枪(无论是早期的火绳枪还是后来的滑膛枪)爆炸产生的火药燃气,会在极短的时间内瞬间释放巨大的能量,推动子弹以惊人的速度向前飞出。这个速度通常是音速的好几倍(比如每秒300500米甚至更高)。而你全力刺出的长枪,即使是技巧再好的战士,手臂和身体的爆发力再强,能够赋予枪尖的速度,跟子弹相比,那简直是小巫见大巫了。想一想,你甩鞭子能让鞭梢达到多快的速度?那跟子弹被火药推动的速度完全不是一个量级的。

2. 高密度的集中能量: 子弹的质量虽然不大(一般几克到几十克),但它被限制在一个非常小的体积内,而且以如此高的速度运动。当它撞击到板甲时,所有的动能都集中在一个极小的点上。这里就涉及到另一个关键概念——压强。压强是压力除以受力面积:$P = frac{F}{A}$。虽然子弹撞击瞬间产生的力(F)可能不如全力刺枪那么大,但它的受力面积(A)却非常非常小。特别是现代的尖头或锥头子弹,它的弹头设计就是为了进一步减小撞击瞬间的接触面积。

想象一下,用一根细针尖去戳一块橡皮,和用一个大拇指去按一块橡皮,哪个更容易在橡皮上留下痕迹?子弹就像那根细针,而且这根“针”还在以你无法想象的速度“戳”过来。这极高的压强使得子弹能够“挤压”金属材料,突破其屈服强度,最终穿透。

3. 材料的特性: 现代子弹的弹头材料(比如铅芯包覆铜被甲)和设计,也经过了精心的优化,使得它在撞击时不易变形或破碎,能够最大程度地保持其动能和穿透力。早期的铅弹,虽然速度不如现代子弹,但在正面撞击板甲时,其变形和能量散失也比想象中要大。

长枪的限制:速度不足与能量分散

再来看看长枪。长枪作为一种冷兵器,其攻击方式和物理原理与子弹截然不同。

1. 速度上的巨大差距: 如前所述,全力刺出的长枪,其速度远远低于子弹。这意味着它携带的动能要少得多。即便枪尖非常锋利,速度不够,它也无法在撞击瞬间产生足够高的压强来克服板甲的材料强度。

2. 能量的“扩散”与传递效率: 长枪的攻击是依靠使用者将身体的力量和枪的质量一起传递到枪尖。这个过程不是瞬间完成的,而且力量的传递会通过枪身、枪尖与板甲接触。当枪尖接触到板甲时,它受到的阻力会立即传递回枪身,再到使用者的手臂。这种力的传递是有损耗的,而且受力面积相对子弹要大得多(即便是尖锐的枪尖,也比子弹的弹头接触面积大)。

更重要的一点是,板甲的设计就是为了抵御钝击和穿刺。它的厚度、硬度和形状(比如倾斜的面)都是为了最大程度地分散和偏转来袭的力。当长枪刺在板甲上时,它主要是在施加一个相对集中的“压力”。如果这个压力不足以压强到穿透金属,那么板甲就会凭借其自身的强度和形变能力来抵挡。比如,枪尖可能会在板甲上砸出一个凹陷,但由于速度和压强不够,它无法完全“咬住”并撕裂金属。

3. 力的方向与传递: 长枪是直线刺入。如果板甲的某个角度恰好和枪尖形成一个角度(比如板甲的倾斜面),那么很多刺击的能量会被“滑开”或“弹开”,而不是直接作用于垂直于板甲表面的穿透力上。子弹的动能则更具“指向性”,即便有角度,其高速的旋转(膛线作用)和弹头的几何形状也能帮助它维持穿透路径,或者至少比长枪更容易克服角度的影响。

总结一下,为什么子弹能穿透,长枪不行?

这就像是给你一把刀,让你去切一块非常硬的橡胶。如果你用尽全力去推,刀可能会留下一点痕迹,但很难切断。但如果你用电动刀,刀片高速震动,瞬间切削,即使力量不大,也能轻易将橡胶切开。

子弹的高速运动赋予了它极高的动能,而其极小的接触面积则将其转化为惊人的瞬间压强。这股压强足以超过板甲材料的抵抗能力,使其破裂或穿透。而长枪虽然有力量,但速度太慢,能量传递效率低,接触面积相对较大,最终产生的压强不足以应对板甲的防御。

所以,这是速度、质量、能量集中方式以及材料科学共同作用的结果。在古代战场上,板甲确实是极好的防护,但面对不断发展的火器,冷兵器的时代也就逐渐落幕了。

网友意见

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长枪能不能刺穿板甲,在这,我不敢打包票。


板甲这种东西,防御力主要取决于三点。


一锻造工艺


二材料,软钢(可以理解为铁)制作的板甲,就是不如弹簧钢(锰钢)的结实。


三就是厚度。


一般来说,以胸甲为例,咱们取2MM的厚度,用锰钢锻造,冷锻卒火。

就这个厚度的胸甲,你问问哪个甲匠能给你拍着胸脯说,你使劲拿长枪刺,我保证破不了防?

谁都不敢说这个话,只能说,基本没问题。


注意这个基本,很少有人敢拍着胸脯保证。


我就不敢说这种话,我怕哪天遇到个傻子,真穿着一件2MM厚的胸甲去让长枪刺。


刺这种动能还是比较变态的,谁也不能保证。


就看古代欧洲的骑枪比赛,死个人太常见了,骑枪比赛是非常危险的,不仅仅是刺透盔甲,各种死法五花八门。


咱们就说4MM厚的胸甲,能不能顶住全力骑枪一刺,我都抱有怀疑态度。

我查了很多资料,一般古代骑枪比赛,盔甲的厚度是2MM左右,还会增加一层防护。

这层额外的防护,具体多厚不清楚,不过一般是1.5到2MM左右。

总体来说,就是4MM的甲。


我看资料,还有7MM的甲,各种说法都有。


有机会我得找匹马试试,立着一个4MM的胸甲,看看能不能刺穿。

不过骑马用长枪很危险,没经验很容易把自己给整死。

骑枪比赛 https://www.zhihu.com/video/1435230894399729664

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建议重修高中物理,发射过程前后相等的是动量而不是动能,火药化学能转化成的总动能里,向前部分(弹头)远远高于向后部分(后坐力)

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