La parola artiglieria è un nome collettivo dato in principio ad ogni macchina da gitto e ad ogni congegno da guerra usato prima dell’invenzione della polvere da sparo. Le macchine da lancio vennero ampiamente utilizzate in Oriente, da dove poi arrivarono anche a noi, intorno ai sec. XV e XVI. Le artiglierie antiche o meccaniche e bocche da fuoco utilizzate durante la guerra furono in particolare cannoni, colubrine, mortai, bombarde, falconi, falconetti, spingarde …

Per cannone si intende una bocca da fuoco che spara a tiro diretto (nel primo arco della parabola), quindi deve avere una velocità alla bocca relativamente elevata. Il cannone era mantenuto fermo nel senso orizzontale, contro gli effetti dello sparo, da una robusta struttura alla parte posteriore della culla. L’affusto aveva rotelle basse e piene, e appoggiava in terra con una coda simile a quella delle artiglierie moderne.

Le bombarde erano macchine di artiglieria, a tiro parabolico, gigantesche, in grado di spaventare con il solo fragore. Esse sparavano palle di pietra di grandi dimensioni fino a duemila passi di distanza, anche se il tiro era piuttosto impreciso, in quanto la corta bocca non permetteva di sfruttare tutta la capacità di spinta che poteva fornire la carica utilizzata.

La colubrina, detta anche cannone a mano, fu un’arma ampiamente utilizzata sin dal 1447. La sua canna era incastrata su un’assicella ed essa era usata come una balestra per lanciare palle di pietra grosse quanto una noce.

Il mortaio è un pezzo di artiglieria a tiro curvo, che di norma spara solo nel secondo arco (l’angolazione della canna è sempre superiore ai 45°), utilizzato per il supporto di fuoco indiretto tramite il lancio di bombe a bassa velocità e per battere obiettivi che non possono essere colpiti dal tiro di pezzi di artiglieria a tiro diretto, in quanto posti dietro ostacoli verticali. Esso è un’arma abbastanza semplice, costituita essenzialmente da una canna e da una piastra di supporto.

Il falconetto è un cannone di piccolo calibro, trasportabile a mano, che sparava palle piene, con un peso compreso fra una e tre libbre, e mitraglie, cioè munizioni costituite da un’armatura in metallo riempita di palle di piombo.

Un altro esempio di artiglieria è la spingarda, una macchina da guerra a forma di grossa balestra, utilizzata per lanciare grosse pietre o verrettoni. Quelle più grandi erano fissate sopra cavalletti e trattenute con ceppi di legno; quelle più piccole diventavano vere e proprie armi portatili.


Tutta l’artiglieria analizzata finora, in passato veniva utilizzata per lanciare proietti o bombe (prendono il nome di “proietti” le munizioni dei cannoni, che, una volta lanciati, ruotano su se stessi; mentre si dicono “bombe” quelle da mortaio, che non ruotano). In fisica il proiettile è un oggetto scagliato e lasciato libero di seguire una traiettoria determinata solamente dalla forza di gravità. Questa traiettoria corrisponde ad una parabola, per questo motivo il moto del proiettile può essere definito un moto parabolico, un tipo di moto bidimensionale esprimibile attraverso la combinazione di due moti rettilinei simultanei ed indipendenti: il moto rettilineo uniforme (MRU) e il moto rettilineo uniformemente accelerato (MRUA → a = g).

Nel moto del proiettile si utilizzano le seguenti semplificazioni:

  • tutta la massa del corpo è concentrata in un unico punto;
  • l’accelerazione del moto è solamente verticale ed il suo modulo è pari all’accelerazione di gravità sulla crosta terrestre (g = 9.81 m/s2), dunque il corpo si trova in un campo di gravità uniforme ed indipendente dal tempo;
  • la velocità del proiettile si può scomporre lungo le due componenti x e y del sistema di riferimento di assi cartesiani e la sua intensità diminuisce gradatamente fino ad annullarsi quando il proiettile raggiunge il punto più alto della traiettoria; dopodichè la componente verticale della velocità si inverte e la sua intensità va aumentando sempre più rapidamente.

Nel tiro di artiglieria le parabole descritte dai proiettili si distinguono in primo e secondo arco. Il primo arco parte dalla linea retta teorica che si otterrebbe per il tiro ad alzo (cioè angolo di tiro rispetto al terreno) zero, fino alla parabola che consente al proiettile di raggiungere la distanza maggiore (gittata), idealmente 45°, in realtà un po’ meno a causa della resistenza dell’aria. Il secondo arco, invece, è ottenuto da alzi superiori, i quali accorciano la gittata, ma consentono di superare ostacoli più elevati. Il tiro con il secondo arco è di norma meno preciso rispetto a quello con il primo arco. 

L’equazione della traiettoria del proiettile equivale a:  y = y0 + (vy/vx) x – (g/2vx2) x2

LA BALISTICA ESTERNA

La balistica esterna è la scienza che studia il moto di un proietto dall’istante in cui termina la sua fase di accelerazione fino a quando colpisce il bersaglio. La balistica come scienza nasce con Galileo Galilei e la pubblicazione nel 1632 dei suoi studi dimostra come la traiettoria di un proietto nel vuoto sia una parabola.

LA BALISTICA NEL VUOTO

Nella balistica nel vuoto il proietto procede nel vuoto ed è soggetto alla sola forza di gravità, applicata al centro di gravità e costantemente verticale. In questo caso il moto risulta uniformemente decelerato e la traiettoria è una parabola che interseca il piano di tiro nei due punti costituiti dalla posizione della bocca da fuoco e il punto d’impatto del proiettile.

Le principali variabili del moto sono:

  • g: la forza di gravità, approssimata a 9.81 m/s2 alla superficie terrestre;
  • θ: l’angolo di alzo (o elevazione) formato dall’asse del cannone con il piano orizzontale;
  • v: la velocità alla volata del cannone;
  • y0: la quota iniziale del proietto;
  • d: la gittata orizzontale, cioè la distanza totale percorsa dal proietto.

La gittata

La gittata è la distanza orizzontale totale percorsa dal proietto prima di atterrare. Essa viene ricavata dall’equazione della parabola, dalla quale, dopo una serie di passaggi e semplificazioni,  si ottiene: d = vx/g * [vy + √(vy2 + 2gy0)] Il massimo valore della gittata si ottiene con angoli pari a 45°gradi: d = v2/g

Il tempo di volo

La durata del tragitto, o tempo di volo (t), è il tempo impiegato dal proiettile a completare la traiettoria. Esso si ricava dalla seguente equazione: t = d/vx

L’altezza massima

Siccome il moto parabolico è simmetrico rispetto all’asse passante per il vertice e parallelo all’asse y, l’ascissa del punto di atterraggio equivale a due volte l’ascissa del vertice della parabola, ovvero il doppio dell’ascissa del punto di massima altezza. Tale ascissa corrisponde a: xv = d/2 = (vxvy)/g Sostituendo poi l’ascissa del punto di massima altezza nell’equazione della parabola si ha: yv = vy2/2g

L’angolo di alzo

L’angolo di alzo è l’angolo che deve formare l’asse di tiro del proietto con l’orizzontale per poter raggiungere la distanza d, alla data velocità iniziale v. Partendo dalla formula della distanza e calcolando la formula inversa possiamo, dunque, ricavare l’angolo: θ = 1/2 sin-1(gd/v2)

LA BALISTICA DELL’ARIA

Finora abbiamo assunto che l’aria non abbia alcun effetto sul moto del proiettile, ipotesi ragionevole a basse velocità. Per velocità elevate, tuttavia, la resistenza dell’aria può diventare rilevante. La scienza che studia dunque il moto del proiettile in questo caso è la balistica dell’aria.

In essa la resistenza dell’aria è direttamente proporzionale alla velocità del proiettile fino a velocità elevate (subsoniche). Questo avviene tra i 240 m/s e i 340 m/s. Gli effetti sulla traiettoria rispetto a quella nel vuoto sono:

  • una gittata notevolmente diminuita;
  • il punto più alto della traiettoria non è più a metà del tragitto, ma viene raggiunto prima;
  • la velocità terminale sul bersaglio è minore di quella iniziale.

Sitografia
http://zweilawyer.com/2016/09/28/artiglieria-medievale-xv-secolo/
https://www.treccani.it/enciclopedia/artiglieria_%28Enciclopedia-Italiana%29/
https://it.wikipedia.org/wiki/Balistica_esterna#Gittata_orizzontale
https://it.wikipedia.org/wiki/Balistica_esterna#Balistica_nell’aria
https://it.wikipedia.org/wiki/Falconetto
https://it.wikipedia.org/wiki/Moto_parabolico

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