Основы производства баллистической экспертизы
Внешняя баллистика имеет дело с вылетом пули из дульного среза оружия до цели. Здесь присутствуют такие параметры, как форма пули, плотность сечения, атмосферное давление и даже, в оружии большего калибра, вращение земли, другими словами - сила Кориолиса. С появлением мощных персональных компьютеров, расчет данных параметров займет несколько минут, хотя раньше на это ушло бы несколько часов.
Терминальная баллистика связана с поведением пули, когда она достигает цели. Однако речь идет не просто о пробивании бумажной мишени, а о том, что делает пуля, когда сталкивается с материалом значительно более плотным, чем воздух или бумага. Хотя обычно это касается характеристик пули и возможности ранения в тканях животных, это также имеет место быть при контакте с другими материалами такими как, почва, кирпич, бетон, дерево или другие.
Внутренняя баллистика -- это обширная тема, по которой было написано много книг. Математические вычисления, связанные с этим, могут быть очень сложными и выходить за рамки этой работы. Однако можно дать представление об этом предмете, используя несколько упрощенных уравнений. Когда кольцевой штифт ударяется о капсюль, воспламеняющий состав взрывается с большой силой, вызывая чрезвычайно высокотемпературную струю пламени, проходящую через отверстие для воспламенения и попадающую в метательный заряд. Эта струя пламени, температура которой составляет около 2000°C, воспламеняет порох, который сгорает с высокой скоростью, образуя большой объем газа. Этот газ под высоким давлением ускоряет пулю вдоль по стволу. Нитроцеллюлозный порох, если его воспламенить в незащищенном пространстве, будет медленно сгорать. Если он находится в замкнутом пространстве, накопленные тепло и давление ускорят скорость сгорания в геометрической прогрессии [3].
В оружии, порох помещен в гильзу, устье которой закрыто пулей. Затем патрон поддерживается стенками патронника и казенной частью оружия. В этих условиях, повышение давления будет продолжаться до тех пор, пока оно не станет достаточным для придачи инерции пули и началу ее ускорения по каналу ствола.
Другим фактором, влияющим на скорость сгорания, является плотность загрузки пороха, то есть соотношение объема корпуса к объему топлива. Чем больше это соотношение, то есть чем больше незаполненное пространство в гильзе патрона, тем медленнее начальная скорость сгорания. Когда порох сгорает, большая его часть превращается в газ, состоящий в основном из двуокиси углерода и водяного пара. Сначала газ полностью содержится внутри гильзы, и создается давление одинаково на основании патрона, его стенках и основании пули. Как только пуля начинает двигаться, объем, заполненный газами, увеличивается, и давление начинает падать. Эта умеренность включает в себя добавление различных химических веществ и поверхностное покрытие зерен порошка.
Следующий фактор - отдача при котором учитываются силы, действующие на огнестрельное оружие, которые представляются в виде мягкого толчка в руке или плечо, либо сильного толчка в ладонь или плечо, что в последствии может нести за собой ушиб. Отдача, вероятно, является одним из наиболее неправильно цитируемых предметов в области огнестрельного оружия, и базовые знания о задействованных силах и о том, как вычисляются векторы, являются отличным преимуществом для любого, кто работает в области судебной экспертизы огнестрельного оружия. Во время выстрела из оружия давление на внутреннюю часть гильзы действует не только на основание пули, но и на стоячую казенную часть оружия. Именно этот механизм вызывает отдачу пистолета, винтовки или дробовика. Зная создаваемое давление и вес пули, можно рассчитать энергию отдачи. Например, давление в патроннике самозарядного пистолета калибра 0,45 дюйма составляет 6.35*10^3 кг\м^2 [4]. Основание пули 0,45 дюйма составляет 0.159 квадратных дюймов, общее давление на основание пули составляет 1049 кг, то есть 6.35*10^3 Ч 0,159. Это означает, что при выстреле, давление более 1 тонны толкает пулю вперед, а пистолет назад. При давлении назад более 1 тонны единственное, что предотвращает непригодность пистолета, -- это то, что давление оказывается всего на долю секунды. Как только пуля покидает ствол, больше не оказывается никакого давления.
Внешняя баллистика -- это изучение полета пули или снаряда с момента ее выхода из дульного среза до попадания в цель. Это чрезвычайно сложный предмет, и до появления мощных настольных компьютеров вычисления были трудоемкими и отнимали много времени, требуя использования множества математических таблиц. С помощью современных компьютеров и баллистических программ теперь можно рассчитать самые сложные уравнения траектории всего несколькими нажатиями клавиш.
Два основных фактора, влияющих на характеристики пули при выходе из ствола -- это сопротивление воздуха и сила гравитационного притяжения земли. В результате этих сил пуля, покидая ствол, будет описывать траекторию. Точную форму этой траектории можно предопределить, зная:
* гравитационный эффект;
* начальную скорость снаряда;
* угол возвышения ствола;
* плотность сечения пули;
* форма пули.
Падение, конечно, полностью не зависит от скорости и веса пули. Все пули, независимо от того, летят ли они со скоростью 200 или 1000 м/с, упадут на 1.2 метра за полсекунды полета. Единственное отличие состоит в том, что пуля со скоростью 1000 м/с пролетает гораздо дальше за полсекунды, чем пуля, которая движется со скоростью всего 200 м/с. Очевидно, однако, что пуля не движется с одинаковой скоростью на протяжении всего своего полета. Давление воздуха на носовую часть пули вызывает сопротивление, которое постепенно снижает ее скорость. Разница в сопротивлении воздуха упоминается в баллистике как форм-фактор и обозначается символом i. Некоторые примеры форм-фактора
Предельная скорость. Конечная скорость пули, очевидно, имеет гораздо большее значение для исследования, поскольку любая пуля, выпущенная вертикально в воздух, упадет с потенциальной ранящей способностью. Таким образом, возможность рассчитать фактическую конечную скорость пули может иметь решающее значение для расследования. Когда какой-либо объект падает в атмосферу, в конечном счете тормозящая сила сопротивления уравновесится с гравитацией, и будет достигнута конечная скорость объекта.
Легко рассчитать эту конечную скорость, если известен коэффициент лобового сопротивления. Когда силы уравновешены,
Поскольку сопротивление воздуха в значительной степени зависит от площади поверхности, в то время как вес зависит от объема, пули большего размера будут падать быстрее, чем пули меньшего размера.
Маленькие пули начнут падать и падать относительно медленно, в то время как более крупные пули могут поддерживать свое стабилизирующее вращение и падать гораздо быстрее.
Другие факторы, влияющие на максимальную дальность действия. Форма пули также имеет ярко выраженный эффект; с остро заостренными пулями и пулями с обтекаемым основанием, имеющими гораздо большую дальность полета, чем у круглого шара. Как и следовало ожидать, чем выше скорость, тем больше дальность полета.
Максимальная эффективная дальность действия. Количество энергии, необходимое для «эффективного» поражения данной цели, чрезвычайно сложно определить числовым выражением.
Максимальную эффективную дальность, вероятно, еще труднее определить количественно из-за множества переменных, такие как: вес пули, конструкция пули, скорости, диаметра пули, размещения пули, точности оружия и так далее. Поэтому каждая ситуация должна оцениваться по-разному в зависимости от обстоятельств.
Было заявлено, что «максимальная эффективная дальность -- это наибольшее расстояние, на котором можно рассчитывать, что оружие попадет точно в цель и причинит ущерб».
Американские военные заявляют, что «максимальная эффективная дальность -- это максимальная дальность, в пределах которой оружие эффективно против намеченной цели» Firearms, the Law, and Forensic Ballistics (International Forensic Science and Investigation) 3rd Edition by Tom Warlow. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, армия США определяет максимальную эффективную дальность стрельбы патрона калибра.308 в 800 м. Корпус морской пехоты США определяет эффективную дальность стрельбы как 1000 м. Армия США также заявляет, что пули больше не эффективны, как только они становятся дозвуковыми, что происходит на расстоянии около 1000 метров. Почему это выбранная скорость не указана. Согласно тестам, проведенным Браунингом в начале 20 века и недавно Л.К. Хаагом, “скорость пули, необходимая для проникновения в тело, составляет от 147 до 196 футов/сек, что находится в пределах диапазона скоростей падающих пуль” [6].
Такой широкий разброс мнений свидетельствует о различии в характеристиках и идеях по этому вопросу. Таким образом, практически любая пуля на ее предельной дальности может рассматриваться как «эффективная против цели'.
Таким образом, ветер, дующий справа от пули, заставит ее сместиться влево. Задние потоки будут оказывать увеличивающееся влияние на скорость, а носовые ветры - уменьшающие. Величина дрейфа ветра при попадании пули под углом 90° может быть рассчитана следующим образом: вокруг своей собственной хвостовой оси. На близком расстоянии это приводит к большей целевой группе, чем можно было бы ожидать. По мере увеличения диапазона эффект исчезает, и целевые группы возвращаются к своим ожидаемым размерам. Эффект очень похож на эффект вращающегося волчка, который слегка покачивается, прежде чем перейти в стабильное вращающееся состояние.
Дульная энергия, вероятно, является наиболее важным свойством, когда имеешь дело с баллистикой. Эта цифра дает представление об общей мощности пули, когда она покидает ствол, и, как следствие, о ее поражающем потенциале.
Естественно, при проведении баллистической экспертизы ран необходимо учитывать множество других факторов, но они будут рассмотрены на более позднем этапе.
Дульная энергия -- это кинетическая энергия пули в момент выстрела, рассчитывается по следующей формуле:
E=M (6)
Где
E = кинетическая энергия;
M = масса снаряда;
V = скорость снаряда.
При использовании имперских измерений обычно указывается в фут-фунтах (фут / фунт), при этом вес снаряда измеряется в фунтах, а скорость - в футах в секунду.
Однако мы пользуемся Международной системой СИ [7], и потому стараемся использовать привычные нам единицы измерений.
Терминальная баллистика -- это изучение проникновения пули в разные материи и их состояния. Его можно разделить на потенциал проникновения, который представляет собой способность пули проникать сквозь различные материалы, и баллистику ранения, которая представляет собой воздействие, которое пуля оказывает на живую ткань. Информация, окружающая эту сферу, ошеломляет. Поэтому чрезвычайно важно иметь общее представление об основных концепциях, связанных с этими темами, и базовое понимание задействованных механизмов.
Потенциал проникновения. Проникновение различных материалов может оказать большую помощь в расследовании инцидентов со стрельбой. Это также представляет значительный общий интерес хотя бы для того, чтобы показать, как часто создатели фильмов и авторы романов допускают ужасные ошибки.
В прошлом одним из стандартных тестов, выполняемых для оценки характеристик пули и патрона, было пробитие сосновых досок различной толщины. Этот, как и любой другой тип теста на проникновение, изобилует неточностями.
Множество факторов, включая содержание влаги, содержание сучков, возраст дерева и даже разделение досок может привести к очень разным результатам. Помимо общего интереса, этот тип теста мало полезен при научном изучении ситуаций, связанных с огнестрельным оружием.
Есть три концепции, которых обычно придерживается большинство относительно эффекта попадания пули в человека. Первый заключается в том, что пуля "просверливает" свой путь насквозь, оставляя небольшое входное и такое же маленькое выходное отверстие. Во-вторых, пуля оставляет маленькое входное отверстие и огромное выходное отверстие. В-третьих, когда в кого -то стреляют из чего-либо, кроме пневматической винтовки, силы удара достаточно, чтобы сбить человека с ног и отправить его в полет. По сути, все три концепции так или иначе неверны.
Во-первых, когда пуля проходит через ткани человека, она передает часть или всю свою кинетическую энергию окружающей ткани. Подаваемая таким образом энергия отбрасывает ткань с пути пули радиальным образом, оставляя временную раневую полость, намного большую, чем диаметр пули. Временный характер этой полости обусловлен естественной эластичностью ткани животного, которая позволяет ей восстанавливать свою первоначальную структуру после того, как пуля прошла. Существует также постоянная полость, которая возникает в результате разрушения ткани вызвано самой пулей. Эта постоянная полость зависит от площади поперечного сечения пули и любых вторичных пуль, которые могут образоваться в результате разрушения пули во время ее прохождения.
Временная полость имеет очень короткий срок и сопровождается рядом повторных толчков, уменьшающихся по силе. Конечная постоянная полость может быть во много раз больше диаметра пули, но она также во много раз меньше временной полости. В отличие от временной полости, где ткань находится, будучи просто отброшенным от следа раны, и ткани не причиняется необратимого повреждения, постоянная полость возникает в результате фактического разрушения ткани при прохождении пули.
Размеры этой временной полости зависят от формы, веса, размера и скорости пули, а также от эластичности окружающих конструкций.
Этому свидетельствует многочисленные тесты по материалам, имитирующим тело человека: гелевые блоки или туша свиньи.