銃火器の物理学
熱力学的視点から銃火器を観察すると、特殊なピストンエンジンまたは一般的な熱機関と捉えることが可能で、その意味では銃弾がピストンの役割を果たしている。銃火器のエネルギー効率は、特に口径や銃身長など、構造に大きく依存する。ここでは例として、.300ホーク弾を用いる典型的な銃のエネルギー配分を紹介する。
銃身との摩擦 2%
弾丸の挙動 32%
高温ガス 34%
銃身の熱 30%
燃え残った発射薬 1%
このように、一般的なピストンエンジンと非常に似た性質を持つ。
長い銃身を持つ銃は、より大きな体積を持つため高効率となるが、増加する体積は断熱的とは言えず、また銃身との熱交換により燃焼ガスが急速に冷却されるため、効率の上昇は体積と比例するほどではない。大型の銃火器(大砲のような)は表面積が大きいため、銃身加熱による損失は少ない。大口径の銃身は、推進力に影響する密封性によって生み出される摩擦を少なくできるからである。力 (物理学)は銃身径の二乗に比例する一方、密封の必要性は同じ圧力でも周囲に比例する。
銃と射手が静止しているとき、弾丸に加わる力と射手のそれは等しい。これは運動の第3法則(全ての作用は、それと同等の反作用を伴う)によるものである。銃と射手の質量を合わせてM弾丸をmとする。銃が発砲されたとき、両者はそれぞれV と v という新しい速度を伴って、相反する方向へ押される。しかし運動量保存の法則によれば、両者の運動量の振幅は等しくなければならない。:
M V + m v = 0 ( 1 ) {\displaystyle MV+mv=0\qquad (1)}
力は運動の変化に等しいので、最初の運動量はゼロであり、弾丸の力は銃/射手のそれと同一となる。
人間は銃撃されると転倒したり負傷するが、これは弾丸の運動量が押して生じた結果というよりは、物理的ダメージ又は精神的影響、又は姿勢を崩すことによって生じるもの。20mm口径砲弾など、莫大な運動量の影響を受けた標的はこの限りではない。