Durchschlagskraft: Geschwindigkeit oder Gewicht?

[RubenAryala]

PS: Die Erfahrungen, von denen hier einige berichten (Löcher im Container, bin beeindruckt!) klingt es so, als sei das schon recht früh deutlich zu spüren.

[ukw]

...

Naja ich meine, daß es aufgrund der Vielfalt an Formen und der fehlenden Datengrundlage in der Tat schwierig sein dürfte, eine klare Antwort zu bekommen. Immerhin aber liegt die Überlegung nicht ganz ferne, daß das eher hohe Pfeilgewicht ab einer Entfernung, die wahrscheinlich keiner genau benennen kann, einen Vorteil bei der Wirkung bringt, weil mehr von der ursprünglichen Energie erhalten bleibt.

...

Nur habe ich keine Ahnung ab wann das eine Rolle spielen würde. 10 m 20 m 100 m ? Nix wisse.

Es scheint einfacher zu sein ein Pfeil schwer zu machen als ihn windschnittig zu / aerodynamisch günstig zu formen.

Ich gehe davon aus, dass die leichten Pfeile von denen berichtet wird - einen unnötig hohen Luftwiderstand haben.
Interessant dazu der Bericht vom Knallschützen 

Ein Beispiel aus der Praxis der Knallschützen, zu denen ich zähle: Vorderladergewehr 50 m wird fast ausschließlich mit dem Kaliber .45 geschossen, also mit Murmeln, die um die 11,5 mm Durchmesser haben. Unter den Schützen herrscht allgemein Einigkeit darüber, daß eine .45er Rundkugel für die 100-m Distanz nur bedingt geeignet, für Entfernungen über 100 m eher ungeeignet ist, weil sie zuviel an Geschwindigkeit verliert und ungenau wird. Ab 100 m greift man lieber zum Probaten Kaliber .54 (ca. 13,7 mm). Selbst wenn diese Geschosse eine geringere V0 haben, als die .45er Kugeln, verlieren sie über die Strecke weniger davon, bleiben auch auf 300 m einigermaßen stabil und bringen mehr der ursprünglichen Energie ins Ziel.

Ein entscheidender Faktor besteht also darin, daß die gute alte Luft, die uns das Bogenschießen ohne Schutzausrüstung erst ermöglicht, jedes Geschoß erheblich abbremst. Ob es für Pfeile überhaupt Meßreihen und empirische Daten gibt, weiß ich nicht, es wäre aber einmal interessant. Ich vermute, daß Pfeile aufgrund der stabilisierenden Befiederung ballistisch erheblich ungünstiger abschneiden, als übliche Bleigeschosse einschließlich der traditionellen Rundkugel. Insofern nehme ich an, daß das Gewicht auch bei eher kürzeren Distanzen ab 25-30 m eine ganz bedeutende Rolle spielt. Müßte man messen.

Ob nun Einstein oder die gute alte Mechanik - die Formeln sind sehr ähnlich haben die gleiche Wirkung. Die Erhöhung der Geschwindigkeit bringt mehr Energie (exponentiell),  als die Erhöhung der Masse (linear).

Also ist der Luftwiderstand der Faktor, dem ich in Zukunft mehr Beachtung schenken werde ...

[RubenAryala]

Ich muß den Knallschützenbericht nur um eines ergänzen: Ich rede nur den denen, die Pflasterkugel (undkugel) schießen. Es gibt in den gleichen Disziplinen Leute, die Langgeschosse oder Minie oder Maxiball schießen. Da spielt das Kaliber eine geringere Rolle, das Geschoßgewicht aber genau so. Nur kann man beim Langggeschoß bei gleichem Kaliber unterschiedliche Geschoßgewichte einsetzen (das schwerere Geschoß ist einfach etwas länger, als das leichte), wogegen bei der Rundkugel die Erhöhung des Geschoßgewichts zwangsläufig mit der Vergrößerung des Kalibers einhergeht.

Jedenfalls würde ich intuitiv meinen, ich würde mit dem schwereren, gut abgestimmten Pfeil und einer möglichst knappen Befiederung am meisten erreichen.

[Blind Guardian]

ich würde mal ein paar messdaten v0 in den ring werfen ;-)


compound 62# auszug 32,25" pfeil 32,5"

grain      fps
330        310

445        290

604        239

gemessen mit einem pro chrony.

[RubenAryala]

Ergänzung zu den Chrono-Messungen oben:

Grain    Fps      E0 in Joule
330      310      95,449279
445      290    112,639661
604      239    103,840810

Damit läßt sich feststellen, daß zumindest zum Anfang der 445-grain-Pfeil am meisten vom Bogen mitnimmt. Jetzt wäre interessant, das ganze auf 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 und 50 meter zu haben.

[ullrson]

Der Wirkungsgrad des Bogens steigt mit dem Pfeilgewicht, der schwere Pfeil enthällt mehr kinetische Energie.

Das widerspricht der Physik und Einsteins  E=m*c²
Doppelte Masse bringt doppelte Energie beim Aufprall (vergleiche Auto  Crashtest) verlangt aber auch doppelte Energie beim Beschleunigen (vergleiche Auto)
Die Zunahme der Energie ist linear => E=m*c²

Nimm mal die Formel E=1/2mv^2

Die doppelte Pfeilgeschwindigkeit bei der ursprünglichen leichten Pfeil Masse bringt die vierfache Energie beim Aufprall

Der ist halt nicht doppelt so schnell, da Du das Quadrat beim Beschleunigen auch beachten mußt.

So nebenbei: ein doppelt so schwerer Pfeil ist vom selben Bogen und Schützen geschossen mehr als 0,7 mal so schnell (langsam) wie der leichtere.

Gibt es dazu zuverlässige (validierte) Messungen und oder physikalische Erklärungen?

Ja: 1/Wurzel2 ist 0,7071

Nach meinem Verständnis ist der leichte Pfeil doppelt so schnell wenn er die Sehne verlässt - danach greift der Luftwiderstand => vierfach stark 

Ne, er ist nur 1,4142 mal so schnell. Theoretisch.

Die Energie die der Schütze in den Bogen Steckt ist abhängig vom Auszug und vom Bogen und bei jedem Schuß ungefähr gleich.
Der Wirkungsgrad, d.h. der Teil der Energie der im Pfeil landet, ist abhängig vom Pfeilgewicht.
Warum?
Beim Ablass wird die gespeicherte Energie in kinetische Energie von Wurfarmen, Sehne und Pfeil umgewandelt. Die Wufarme haben mehr Masse als der Pfeil, legen aber durch die Geometrie des Bogens weniger Weg zurück und werden am Ende des Schußes von der Sehne abgebremst. Wenn Du dir das Kräfteparalelogramm, das Sehne und Pfeil aufspannen, im Geiste ganz langsam zuklappen lässt, wirst du feststellen, im letzten Moment, bevor der Pfeil die Sehne verlässt, geht die Kraft gegen null, die Geschwindigkeit des Nockpunkts aber gegen unendlich. Ein schwerer und langsamer Pfeil nimmt hier mehr Energie auf, als der leichte, schnellere

@ ukw,
Hier kommen wir in den Bereich der Bogenphysik.
Ein gut gebauter Bogen arbeitet im Bereich von 70 % -80 % Wirkungsgrad.
Wobei die Kraftübertragung auf einen schweren Pfeil etwas größer ist als die Übertragung auf einen leichten Pfeil.
Dies liegt an den Inneren Reibungsverlusten, Gewicht der Wurfarme und der Sehne die mit Beschleunigt werden müssen und an noch ein paar Faktoren die mir gerade nicht einfallen.
Kein Bogen kann einen Pfeil auch nur annähernd auf die Leerschußgeschwingigkeit beschleunigen (die Geschwindigkeit die eine Sehne bei Abschuß ohne Pfeil erreicht, führt häfig zur Beschädigung des Bogens).
Gruß Dirk

Beim Leerschuß verbleibt die kinetische Energie größtenteils im Wurfarm, der dann von der Sehne brutal gestoppt wird - wenn sie nicht reißt, denn in diesem moment herrscht (auch beim normalen Schuß) die größten Zugkraft in der Sehne. Da der Angriffspunkt der Sehne an der Spitze des Wurfarms liegt, die Masse aber sich über den gesamten WA verteilt, verbiegt sich der WA durch seine eigene Masse und deren Trägheit S-förmig .

[ukw]

Ne, er ist nur 1,4142 mal so schnell. Theoretisch.

Die Energie die der Schütze in den Bogen Steckt ist abhängig vom Auszug und vom Bogen und bei jedem Schuß ungefähr gleich.
Der Wirkungsgrad, d.h. der Teil der Energie der im Pfeil landet, ist abhängig vom Pfeilgewicht.
Warum?
Beim Ablass wird die gespeicherte Energie in kinetische Energie von Wurfarmen, Sehne und Pfeil umgewandelt. Die Wufarme haben mehr Masse als der Pfeil, legen aber durch die Geometrie des Bogens weniger Weg zurück und werden am Ende des Schußes von der Sehne abgebremst. Wenn Du dir das Kräfteparalelogramm, das Sehne und Pfeil aufspannen, im Geiste ganz langsam zuklappen lässt, wirst du feststellen, im letzten Moment, bevor der Pfeil die Sehne verlässt, geht die Kraft gegen null, die Geschwindigkeit des Nockpunkts aber gegen unendlich. Ein schwerer und langsamer Pfeil nimmt hier mehr Energie auf, als der leichte, schnellere

Da habe ich noch Schwierigkeiten mir das Kräfteparallelogramm richtig vorzustellen. - und Folgendes steht mir ebenfalls (gedanklich) im Weg: Warum wird ein Bogen schneller wenn man ihn kürzt?

[Ravenheart]

...und Folgendes steht mir ebenfalls (gedanklich) im Weg: Warum wird ein Bogen schneller wenn man ihn kürzt?

Vorausgesetzt, Standhöhe und Auszuglänge bleiben konstant:

1. Die Wurfarme haben weniger Masse, die bewegt werden muss.
2. Das Holz wird stärker ausgenutzt - sprich belastet -, weil sich die Krümmung nun über einen kleineren Bereich verteilt, was zu stärkerer Dehnung/Stauchung führt (aber auch näher an die Belastungsgrenze geht - oder sie schlimmstenfalls auch überschreitet, und der Bogen ist ruiniert...)

Rabe

[tomtux]

etwas anders ausgedrückt als der rabe aber im prinzip mit geichem inhalt.
wenn ein bogen durch kürzen schneller wird, war er vorher überdimensioniert.

die wege für die arme werden länger, kürzen allein macht einen bogen nicht schneller.

[Joe Taiga]

Ergänzung zu den Chrono-Messungen oben:

Grain     Fps      E0 in Joule
330       310      95,449279
445       290     112,639661
604       239     103,840810

Damit läßt sich feststellen, daß zumindest zum Anfang der 445-grain-Pfeil am meisten vom Bogen mitnimmt. Jetzt wäre interessant, das ganze auf 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 und 50 meter zu haben.

Das Ergebnis finde ich nun wieder interessant. Ich hatte damit gerechnet, dass der Energieübertrag vom Bogen erst einmal mit steigendem Pfeilgewicht zunimmt. Die Masse des Wurfarms und die Materialstruktur limitieren die maximale Geschwindigkeit, mit der der Arm werfen kann, da der Wurfarm sich nur bis zu einem gewissen Grad selbst geschleunigen kann. Sehr leichte Pfeile erreichen daher evtl schon vor Ende der Abschusses eine Geschwindigkeit, bei der Wurfarm nicht mehr nachlegen kann.

Die Schwelle, bei der sich das Blatt wendet, hätte ich aber deutlich über dem Gewicht eines "normalen" Pfeiles gesehen. Woran liegt es, dass ab einer bestimmten Masse der Energieübertrag wieder weniger effizient wird? Hast du mal die Zugkurve von deinem Bogen integriert und damit ausgerechnet, wie effizient der Übertrag an sich ist? Was kommt von der Arbeit, die man in den Auszug investiert hat überhaupt beim Pfeil an? Hast du deine Messung jeweils nur einmal gemacht, oder war es eine repräsentative Serie?

Den eigentlichen Durchschlag am Ziel beeinflusst aber nicht nur die kinetische Energie, die dem Pfeil beim Abschuss mitgegeben wird. Es kommt auch auf den Pfeilquerschnitt, die Form der Pfeilspitze, die Materialbeschaffenheit des Ziels und auch auf das Gewicht des Ziels an. Es macht sicher einen Unterschied, ob ich auf eine feststehende Strohscheibe oder eine Taube schiesse. Der Pfeil sollte für maximalen Durchschlag möglichst die komplette Bewegungsenergie plastisch übertragen. Z.B. federt ein dünnes Brett nach, sodaß ein schneller leichter dünnerer Pfeil mit kleinem spitzem Kegel als Spitze durchschlägt, während schwerer Pfeil trotz höherer Energie abprallt, weil ein Großteil der Energie das Brett elastisch nachfedern lässt.

Bevor weiterdiskutiert werden kann, müsste man die Rahmenbedingungen besser definieren, um die vielen Freiheitsgrade einzuschränken. Sonst ist das Ergebnis nie eindeutig und man kann munter aneinander vorbeireden.

[shortRec]

Ich hatte damit gerechnet, dass der Energieübertrag vom Bogen erst einmal mit steigendem Pfeilgewicht zunimmt. Die Masse des Wurfarms und die Materialstruktur limitieren die maximale Geschwindigkeit, mit der der Arm werfen kann, da der Wurfarm sich nur bis zu einem gewissen Grad selbst geschleunigen kann. Sehr leichte Pfeile erreichen daher evtl schon vor Ende der Abschusses eine Geschwindigkeit, bei der Wurfarm nicht mehr nachlegen kann.

Die Messwerte stammen von einem Compound. Da spielen die Rollen/Cams mit ihrer Charakteristik eine ganz entscheidende Rolle, so dass man das nicht auf die Arbeit der Wurfarme allein zurückführen kann.

Messwerte für den LB gibts z.B. bei Vorderegger und bestätigen deine Annahme. Wie dass allerdings aussieht, wenn der Pfeil noch schwerer wird, weiß man nicht.

[Blind Guardian]

anmerkung:

der wirkungsgrad eines compounds liegt bei ca 60%-70%!!!

der wirkungsgrad eines guten recurve bogen bei 85%-90%...!?


gruss

[mbf]

[OT]
@Bild Guardian
Hast Du eine Quelle für den Wirkungsgrad Compound?
[/OT]

[GunDog]

Achtung: Der Wirkungsgrad sagt nichts über die Wurfleistung des Bogens an sich aus !! . Dieser ist nur bei gleichem Design des Bogens vergleichbar !

Gundog

[mbf]

Richtig. Für eine reine Betrachtung der Durchschlagskraft der Pfeile ist der Bogen an sich zu vernachlässigen. Wie der Pfeil beschleunigt wird, ist egal. Wir wissen, wie man einen schnellen Pfeil hinkriegt und wir wissen, wie man einen schweren Pfeil effizient auf Touren bringt. Es ist zudem hinlänglich bekannt, dass schwerere Pfeile einen höhren Wirkungsgrad des Bogens mit sich bringen. Das sind aber alles unnötige Variablen. Die Eckdaten der Pfeile (Masse, Geschwindigkeit, Pfeilspitze) sind unter den gegebenen Randbedingungen als bekannt anzusetzen - im Experiment lässt sich sicher ein entsprechender Bogen (meinetwegen auch ein Compound) finden, der für die nötigen Ausgangsbedingungen sorgt.

Auch ist die Frage nach der Abnahme der Geschwindigkeit über die Flugstrecke m.E. nicht relevant, wenn die Frage nach der Durchschlagskraft gestellt wird - nicht nach der Effektivität des Gesamtsystems unter Kriegsbedingungen.

Die Ursprungsfrage lautete doch:

was ist wichtiger beim durchschlag durch eine rüstung: das pfeilgewicht oder die pfeilgeschwindigkeit?
folgendes hypothetisches beispiel: wir haben einen schweren pfeil und einen leichten. der schwere pfeil hat das doppelte gewicht im vergleich zum leichten pfeil, der leichte pfeil aber hat die doppelte geschwindigkeit. pfeilspitzen bei beiden: bodkin-needle.
welcher hat die höhere durchschlagskraft?

So richtig klar ist es mir noch nicht geworden, welcher Pfeil nun besser penetriert.