Hallo alle zusammen und herzlich Willkommen zu einem weiteren Beitrag zum Thema NRW Waffensachverständige und ihrem ganz eigenen Zugang zur Physik, da das Thema in den letzten Wochen ziemlich explodiert ist, denn 13.000 Aufrufe habe ich auf meinen Blog schließlich nicht jeden zweiten Mittwoch.
Noch mal kurz zusammengefasst, worum es eigentlich geht. Seit Jahren müssen wir uns als Waffentechnik interessierte immer wieder von sogenannten Waffensachverständigen anhören, wie diese oder jene Waffe wirklich und wahrhaftig funktioniert und dass alle außer ihnen die Waffentechnik nicht verstanden hätten. Wenn man diesen Personenkreis dann drauf anspricht, dass ihre Erklärungen der wissenschaftlichen Physik zuwiderlaufen und woher sie diese Erklärungen denn haben, bekam man bis jetzt immer zu hören, dann man Zitat: "Eigenes Material" hätte, welches man aber nicht öffentlich machen dürfte.
Und genau dieses "eigene Material" hat nun ein wissenschaftlich orientierter Zeitgenosse in die Finger bekommen, es paraphrasiert und uns mal drüber schauen lassen. Das Problem dabei ist, dass dieses Material kaum Grundlagen erklärt, sondern nur Antriebssystem für Antriebssystem und Verriegelungssystem für Verriegelungssystem erklärt.
Dabei ist es unsere Aufgabe hier, aus diesen einzelnen Erklärungen - Gesetzte und Grundlagen abzuleiten.
Das hier ist Übrigens Teil 3 mit dem Schwerpunkt Druck, hier gelangt ihr zu:
- Teil 1 - Bewegung von Körpern
- Teil 2 - Reibung
- Teil 3 - Druck
- Teil 4 - Strömungen
- Teil 5 - Superposition
Und wie auch in den anderen Teilen gilt: Achtung, der Folgende Text enthält eine ganze Menge an Unsinn und kann bei Leuten mit einem Realschulabschluss oder höher geistige sowie körperliche Schmwerzen auslösen.
Kommen wir aber zum Thema und zwar zum Druck, dieser funktioniert nämlich schon wieder deutlich anders als in der empirisch adäquaten Physik, welche dank Blaise Pascal schon seit 1650 weiß, dass Druck allseitig ist. Aber genau dass sehen die Waffensachverständigen grundliegend anders, denn hier kann es sogar vorkommen, dass Druck einfach zu einem Synonym für den Stoß (gemeint ist der Kraftstoß) gehalten wird. Aber dieses noch krudere Modell ist hier nicht Objekt der Beobachtung.
Viel mehr geht aus den Beschreibungen hervor, dass Druck nicht allseitig wirkt, sondern den Weg des gierigsten Widerstanden geht und zwar 'nur diesen Weg. Der Druck der Waffensachverständigen besitzt demnach eine Art Intelligenz, welche ihn diesen Weg vor jeglicher Strömungsbewegung wissen lässt.
Hier noch noch kurz der Einschub, dass Haupt-Strömungen in der Realität tatsächlich den Weg des geringsten Widerstandes fließen, das tun diese jedoch nicht trotz der Tatsache, dass Druck allseitig ist, sondern gerade weil Druck allseitig ist, die Strömung errät gewissermaßen durch Versuch und Irrtum, woher es geht, weil der Druck eben durch seine Allseitigkeit versucht alle möglich und eben unmöglichen Wege zu nehme. So die knappe Zusammenfassung der recht komplexen wissenschaftlichen Strömungslehre.
Aber nun endlich zum Versuchsaufbau. Dieser besteht aus einer Gasflasche, welche mit einem Gas (blau) gefüllt ist. Das Gas besitzt einen Druck von 10 Bar. Neben dem regulären Gashahn oben an der Flasche besitzt diese zwei Überdruckventile, welche zum Zeitpunkt t0 noch von ihren Federn verschlossen gehalten werden. Dabei besitzt das obere Ventil (grün) eine Grenze von 3 Bar, das untere (cyan) eine von 5 Bar.
Startet wir nun das Experiment so kommt es in der Welt der Waffensachverständigen dazu, dass sich nur das Ventil mit einer Grenze von 3 Bar öffnet, denn Druck geht in deren Welt den Weg des geringsten Widerstanden und zwar nur diesen weg. Da das 5 Bar Ventil dem Druck einen höheren Widerstand entgegen setzt, öffnet dieses sich nicht. Da Druck aus der Flasche entweicht, singt dieser im Inneren der Gasflasche von 10 auf 9 Bar.
Hier ist nun das besondere, dass Kraft-Kapazität das erste mal eine Bewegung aktiv verhindert und zwar erlaubt es die Kraft-Kapazität des Ventilstücks (grün) das Ventil eine Weile geöffnet zu halten, obwohl die Schließfeder des Ventils dieses eigentlich wieder schließen möchte. Dieses Verhalten bedingt jedoch, das Kraft-Kapazität nicht nur einen Betrag, sondern auch eine Richtung besitzen kann. Etwas, das eigentlich bis jetzt nicht möglich war.
Um der Sache auf den Grund zu gehen, hat unser Waffensachverständigen-Spion sogar selber noch mal nachgefragt. Was übrigens laut seiner Aussage nach einen kleinen dreistelligen Betrag gekostet hat, weil der Waffensachkundelehrer, dass als eine Art privater Nachhilfe abgerechnet hat.
Die Antwort, wann sich dann das Ventil wieder schließen würde war: "Wenn der Druck in der Flasche 0 erreicht". Demnach leert sich die Flasche nach dem erreichen von unter >2 Bar immer weiter, während das Ventil offen stehen bliebt, bis im Inneren der Gasflasche 0 Bar erreicht werden, erst dann schlösse sich das Ventil. Dabei wäre, nach der üblichen Berechnung von Luftdruck 0 Bar ein Ultrahochvakuum*, etwas, das man selbst in der Raumfahrt kaum erreicht.
Die Ursache liegt wohl darin, dass auch Gas eine Kraft-Kapazität innewohnt, welches es zu einer regelrechten Flucht, vom Ursprungsort veranlassen kann. Bewegt sich also das Gas einmal etwas aus der Flasche heraus, so hört es mit dieser Bewegung erstmal nicht auf, sondern verlässt die Flasche vollständig, wie eine einmal geworfene Perlenschnur, ziehen wohl die bewegten Gasmoleküle ihre Artgenossen mit sich.
Hier haben wir also die Antworten auf viele Fragen zum Thema Gasdrucklader und vor allem zum Verhalten von Schalldämpfern. Intelligenter Druck, welcher den Weg des gierigsten Widerstanden schon kennt, noch bevor er selber die erste Bewegung ausgelöst hat und auch nur bereits ist diesen exakten Weg zu gehen, der Arbeitet eben grundliegend anders als der empirisch adäquate allseitige Druck eines Blaise Pascal.
Aber sehen wir uns an, wie das Experiment mit der Gasflasche in der Realität ablaufen würde.
Als erstes ist Aufbau so in der Form schon schwierig, denn die Realität kann man nicht einfach anhalten, um einen t0 (time Zero) zu erzeugen, ergo einen nullten Moment. Man müsste irgendwie zwei Sperrstifte in die Ventile einbringen und diese gleichzeitig entfernen. Wie dem aus sei, hier wieder unsere Gasflasche gefüllt mit einem Gas und einem Gasdruck von 10 Bar, bedeutet auf jeden Quadratzentimeter des Flaschen inneren wirken, nach der Format p = F / a, 100 Newton. Aber auch die drei Ventile werden von dieser Kraft beaufschlagt.
Übrigens sind Druck und Kraft nicht das Selbe, sonst könnte man nach der Aussage p = F in der Formal p = F / a das F durch ein zweites p austauschen und auf p = p / a vereinfachen. Wer in Mathe aufgepasst hat weiß, das man jetzt als a nur noch 1 oder -1 einsetzten kann. Und da uns aus der Realität Flächen bekannt sind, welche nicht genau 1 betragen, ist dieser Unsinn mathematisch widerlegt.
Die durch Federn kraftschlüssig verschlossenen seitlichen Ventile öffnen sich beide beinahe Zeitgleich und entlassen Gas aus der Gasflasche. Der Grund dafür ist die bereits erwähnte Allseitigkeit des Gasdrucks nach Blaise Pascal. Der Gasdruck drückt auf alles und bei entsprechend ausgelegter Mechanik verursacht diese Beaufschlagung Bewegungen, in unserem Fall bewegen sich die negativen L-Stücke der beiden seitlichen Ventile, da mit 10 Bar ein höherer Druck an ihnen anliegt, als sie für einen Öffnung benötigten.
Das durch die Öffnung der seitlichen Ventile Gas ausgelassen wird, führt zu einem Absinken des Gasdrucks innerhalb der Gasflasche. Der Grund dafür liegt in der idealen Gasgleichung:
p = K * n * t / V
Druck ist gleich Gaskonstante mal Teilchenzahl mal Temperatur durch Volumen
Das ablassen von Gas führt zu einem Verlust von Gasteilchen, wodurch der Gasdruck innerhalb der Flasche von 10 Bar auf 9 Bar abgesunken ist es wirken demnach nur noch 92 Newton auf jedem cm².
Beim Öffnen der Ventile gegen ihre Rückstellfeder, werden diese übrigens komprimiert und Spannenergie wird in ihnen gespeichert. Das wird später nochmal wichtig werden.
Zudem wäre der Druckunterschied zur Beantwortung dieser Frage extrem wichtig. Um so höher der Druck in der Flasche und um so niedriger der Druck der Umgebungsgase umso schneller und Kraftvoller findet der Druckausgleich statt. Näheres kann dem Schalldämpfer Kompendium entnommen werden.
Sobald das Gasdruck im Inneren das Gasflasche unter >3 Bar sinkt, wird sich auch das obere Überdruckventil schließen, dessen Feder zwar weniger Widerstand leistet als jene des 5 Bar Ventils aber bei 2,9 Bar, im Inneren der Flasche, ist auch beim zweiten Ventil Ende und die gespeicherte Spannenergie der Schließfeder schiebt das negative L-Ventil so zurück in das Innere der Flasche, dass kein weiteres Gas austreten kann.
Wenn ab diesem Zeitpunkt nicht mehr weiter passiert, bliebt die Flasche in diesem Zustand. Um weiter Gas entnehmen zu können, müsste nun das Hauptventil (rot) aufgedreht werden, da dieses kein Drucklimit besitz, würde solange Gas aus der Düse (Orange) ausströmen, bis - und jetzt wird es nochmal wichtig - in der Gasflasche 1 Bar herrscht, da die Umgebungsluft ebenfalls einen Gasdruck von ~1 Bar hat, würde sich die Flasche niemals auf 0 Bar entleeren.
Was genau passiert, würde von der Masse des Gases im inneren der Flasche abhängen. Wäre das Gas in der Flasche leichter als Luft, wie zum Beispiel Helium, würde es zu einem nicht abrupten aber recht zügigen Gasaustausch kommen. Am Ende wäre die Flasche voll mit Umgebungsluft während das Helium aus der Flasche entwichen wäre. Bei einem schwereren Gas wie Co2, würde das meiste Gas in der Flasche verbleiben, ein Austausch mit der Umgebungsluft fände nur sehr begrenzt statt. Gäbe es ein Gas, welches die exakt gleiche Dichte hätte, wie die Umgebungsluft, Kohlenmonoxid ist nah dran, käme es zu einem sehr langsamen Austausch zwischen Umgebungsluft und dem Inneren der Gasflasche.
Fazit:
Auch die Vorstellungen über Druck und seine von den Waffensachverständigen angedichtete Fähigkeit immer nur den Weg des geringsten Widerstandes zunehmen führt zu vielen Missverständnissen zb. um Schalldämpferbau, welcher sich mit einem Blick in ein Physikbuch der 5. Klasse leicht vereiden ließen. Am Ende ist es dann doch wieder die Kraft-Kapazität, welche Ventile und die Kolben von indirekten Gasdruckladern gedanklich nicht rechtzeitig schließen. Zusätzlich ist die KK auch im Stande ganze Gasschaden in eine Richtung ziehen zu lassen, wohingegen sich diese in der Realität allseitig ausbreiten würden.
Anmerkung:
Es gibt einige Fachbereiche der Strömungslehre in welchem die Umgebungsluft nicht 1 Bar, sondern 0 Bar beträgt und ein Vakuum als -1 Bar definiert ist.
*Ja das heißt wirklich so, das ist ein Fachbegriff. Es gibt verschiedene Stufen von Vakua von Grobvakuum bis Ultrahochvakuum. Feinvakuum geht von 1 Millibar bis 0.001 Millibar.