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防弾ガラス:どのように機能しますか?

<ブロック引用>

防弾ガラスの背後にある科学は、実際には非常に単純です。ガラスは複数の層で構成されており、真ん中にポリカーボネートの層があります。このポリカーボネート層は、弾丸のエネルギーを吸収し、衝撃を分散させることで、実際に弾丸を止めます。ガラスも強化されており、飛散しにくくなっています。

あなたが致命的な遭遇の真っ只中にいると仮定してください。敵が発射したダッキング弾。あなたは緊急に助けを必要としています。致命的な狙撃兵の弾丸を長く避け続けることはできません。この悲惨な状況で自分を救う最も安全な方法は、弾丸から身を守る透明で頑丈なバリアを配置することです.周囲の弾丸のエネルギーを消散させることで、スポーリングに頼ることなく弾丸に耐えるのに十分なほど頑丈なもの.まあ、それが「防弾」ガラスを持つための基本的な前提です.この記事では、誰もが欲しがる防弾ガラスの背後にある科学をわかりやすく説明します。


本当に「防弾」ではない

あなたが熱烈なアクション映画ファンなら、映画の中で何度か防弾ガラスを見つけたかもしれません.この防弾ガラスは、ほとんどの場合不滅であると描かれています。使用する銃や発射される弾丸の量に関係なく、防弾ガラスはアクション満載の映画シーンで無敵で無傷のままです。

これは希望的観測ですが、現実はまったく同じではありません。私たちは強力な「防弾」ガラスを作りましたが、それは科学的な観点からは「防弾」ではありません。透過できないガラスはないからです。通常、防弾ガラスは弾丸の衝撃を遅らせます。したがって、実際には高セキュリティ用途で見られる防弾ガラスです。しかし、いつものように、巧妙なマーケティング担当者は、防弾ガラス産業が数十億ドルの価値があるため、ガラスの音を無敵にすることを「防弾」と呼んでいます。

防弾ガラスの歴史

多くの歴史家は、防弾ガラスの発見は 17 世紀のライン川の王子ルパートによるものだと考えています。彼は誤って溶けたガラスを冷たい水の入った容器に入れてしまいました。驚いたことに、ガラスはほとんど壊れませんでした。しかし、特許を取得した最初の防弾ガラスは、1909 年にフランスの化学者、エドゥアール ベネディクトゥスによって作られました。ベネディクトスは、2枚のガラスの間に挟まれたプラスチックの変形であるセルロイドを使用しました。 ポピュラー サイエンス 雑誌は、1937 年に装甲警察車両での「防弾ガラス」の使用の可能性を想定しました。

防弾ガラスのしくみ

クリケットをしたことがあれば、動きの速いボールをキャッチするのが難しいことをご存知でしょう。特に打者がそれをうまく計った場合。動きの速いボールをキャッチする秘訣は、ボールをよりゆっくりと止めるために、ボールの軌道の方向に手を後ろに動かすことです。この方法は、手に感じる力を最小限に抑えるため、キャッチの痛みが少なくなります。物理学の観点から説明すると、ボールが手に及ぼす力は、ボールの運動量の変化率に比例します。簡単に言うと、ボールが飛んでくる時の勢いをゆっくりと変えたり、徐々に変えたりすれば、手にボールが当たったときに感じる力を小さくすることができます。例を挙げて理解しましょう。

ボールをキャッチしようとしている少年 (写真提供:Vecton/Shutterstock)

ボールをキャッチしようとして、たとえばわずか 0.5 秒でボールを前に止めたとします。あなたは手にスワックを感じるでしょう。次に、同じ瞬間をもう一度再生できるとします。今度はゆっくりとボールをキャッチします。キャッチを完了するのに 2 秒かかります。ボールを動かして静止させるのに 4 倍の時間がかかったので、手に感じる力は、0.5 秒で急に動かしたときよりも 4 分の 1 になります。

ガラスに戻ると、あなたの手とは異なり、ガラスは動くことができません。体当たりする物体に対する保護はほとんどありません。したがって、人が通常のガラス板に弾丸を発射すると、ガラスは曲がることができず、徐々にエネルギーを吸収します。代わりに、ショットの弾丸がガラスを力で粉砕し、ガラスを無数の破片に砕きます。これらの破片の一部は、非常に鋭く尖っている場合があります。これにより、ガラスに別の致命的な側面が追加されます。これらのガラスの破片は、たとえ弾丸がそうでなくても、あなたを殺すかもしれないからです.これが、通常のガラスが弾丸に対してジルチ保護を提供する理由です.弾丸の速度を落とすのに惨めに失敗します。

防弾ガラスは通常のガラスとは異なります。どうやら、防弾は普通のガラスのように見えます。防弾ガラスの内部組成は通常のガラスとは異なります。ガラスの厚さと弾丸の口径にもよりますが、数発の弾丸の衝撃に耐えることができます。

通常のガラスと防弾ガラス

防弾素材は基本的に普通のガラスの間にポリカーボネート素材を挟んだものです。このプロセスは一般にラミネーションと呼ばれます。ポリカーボネート材料は、ガラスに一般的な靭性と柔軟性を与えます。通常のグラスの最大 10 倍の厚みがあり、かなり重いです。

誰かが防弾ガラスに弾丸を撃つと、弾丸のエネルギーが層を通して横に広がります。多層配置により、このエネルギーはガラスとプラスチックの異なる層に分割されます。このようにして、エネルギーは弾丸に強いガラスに剥がれることなく素早く吸収されます。弾丸はガラスによって非常に抵抗されるため、頑丈な多層ガラスを貫通するのに十分なエネルギーがありません。ただし、同じ点に複数の弾丸を発射すると、ガラスが壊れます。しかし、中間層のプラスチックのおかげで、ガラスは無数の破片が飛び交う典型的なガラスのように粉々になることはありません。防弾ガラスを「エネルギー吸収」ガラスと考えれば、それがどのように機能するかについてかなりのアイデアが得られるでしょう.

防弾ガラスの厚さとコスト

厚さが防弾ガラスの耐久性に重要な役割を果たすことに注意する必要があります。これらのメガネは、通常、弾丸の火または弾丸の火から保護するように設計されています.体当たりする弾丸によって加えられる力と使用される銃の種類に基づいて、より大きな力で来る弾丸を中止するには、より厚い耐弾ガラスが必要です。たとえば、スナイパーライフルからの発砲は、通常のピストルよりも強力です。したがって、ピストルよりもライフルの弾丸を止めるには、より多くの厚さが必要です。防弾ガラスの厚さは、一般に 0.25 インチから 3 インチの範囲です。その費用は、1 平方フィートあたり約 25 ドルから 100 ドルになる可能性があります。

防弾ガラスの進歩

弾丸が防弾ガラスに発射されると、その外側の層が貫通しますが、内側に存在するポリカーボネート層が弾丸のエネルギーを吸収し、衝撃をかなり分散させます.したがって、弾丸は最終層を出ることができません。つまり、ガラスを突き破ってターゲットに命中することはできません。

興味深いことに、最近、弾丸の侵入を阻止すると同時に、受信側の人が撃ち返すことができるように設計された「一方向」防弾ガラスを開発した企業はほとんどありません.

一方向ガラスの仕組み

このガラスは、もろいガラス層を補強することで機能し、また、強靭なポリマー層を利用しています。脆い層は外側を向いており、弾丸が発射されると粉々になり、弾丸の力が広い領域に分散され、その後ろの頑丈な (ポリカーボネート) 層によって吸収されます。ただし、反対側から発射された弾丸は、ガラスを割る前にポリマー層に簡単に穴を開けることができ、弾丸の速度がわずかに低下するだけです.

防弾ガラスの用途

宝石店、銀行、酒屋など、多額の現金や貴重品を保管している企業は、銃撃者による攻撃の標的になる可能性があることを恐れており、防弾ガラスのようなものが自分自身や他の貴重品を保護するために必要になる場合があります.同様に、地元の警察署や裁判所を含む米国の行政部門も、銃犯罪が発生しやすい地域で防弾メガネを使用しています.ホワイト ハウスで使用されている防弾窓は、銀行のレジ係や防弾ガラス キュービクルの重役を保護するために使用されている窓よりもはるかに堅牢です。それらは、高速ライフルからの銃撃にも耐えるように特別に設計されています。シリア、イラク、レバノンなどの国では、進行中の市民の不安と抗議派閥間の暴力的な遭遇の増加により、防弾メガネの需要が高まっています.

西アフリカの政治家は、AR-15 と 18 輪のセミを搭載した防弾車で攻撃され、生き残りました。

防弾ガラスの限界

前述のように真の防弾ではないことに加えて、防弾メガネのもう 1 つの問題は、その重量です。それらの厚くて重い組成物は、建物内の窓やキュービクルなどのアプリケーションでは問題にならないかもしれませんが、自動車に適用するのは困難です.厚さと重さが自動車設計における工学的制約となるだけでなく、堅牢性と明快さのトレードオフももたらします。ガラスが硬くなるほど、透明度が低下します。これにより、運転中のドライバーの視界に影響を与える可能性があるため、フロントガラスとして使用することはできません.

しかし、限界はあるものの、防弾ガラスをますます堅牢にするために取り組んでいる科学者や研究者の背後にある努力を認める必要があります。これは、軍隊から教会や国家の最高幹部に至るまで、何千人もの人々の命を救ってきた重要な革新であることは間違いありません。


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