¿Sería más rápido y tendría mayor alcance un proyectil (flecha, bala) con agujeros perforados en su longitud?

La resistencia será mayor y la proporción de masa frente a la resistencia empeorará en ambos lados de la fracción.

El arrastre es causado por la fricción (y la creación de sustentación, pero lo consideraría menor, o no hablaríamos de proyectiles sino de planeadores). La fricción es proporcional a la presión dinámica (densidad multiplicada por la velocidad al cuadrado, dividida por dos) y el área superficial. ¡Al perforar un agujero, aumenta el área de superficie! Ahora algo de aire fluirá a través del proyectil en lugar de circular exclusivamente a su alrededor. Si el proyectil es delgado, el agujero será pequeño en relación con su longitud y la fricción ralentizará tanto el aire que el flujo a través de este agujero en forma de tubería casi cesará. Ahora, la tubería casi obstruida verá una velocidad de flujo mucho más baja y, en consecuencia, una menor resistencia al avance por fricción.

Pero aún así será mejor evitar cualquier agujero.

Ahora Rick ha hecho una simulación en un caso de esquina: un proyectil muy romo con un agujero enorme, moviéndose a una velocidad de 1 m/s que no es realmente como una bala. Ahora, en este caso, obtiene un flujo decente a través del centro, lo que ayuda a reducir la resistencia de la base. En la flecha de su pregunta, esto no funcionará porque las pérdidas por fricción en el orificio largo no permitirán mucho flujo de masa y la resistencia base no cambiará mucho. Sin embargo, se ha demostrado que el bote que sigue al proyectil es mucho más efectivo para reducir la resistencia base.

En realidad, es más probable que aumente el efecto relativo de la resistencia.

Considere fuerzas de arrastre iguales en dos objetos de diferente masa.

La aceleración debida a esa fuerza sobre el objeto masivo será menor que la del proyectil menos masivo.

La parte en la que sería complicado es considerar que obtienes más aceleración en el objeto menos masivo cuando lo lanzas también. El problema es que las fuerzas de arrastre aumentan con la velocidad al cuadrado. Incluso teniendo en cuenta la aceleración adicional que le da a la masa más pequeña, el hecho de que la fuerza de arrastre sea mayor y provoque una mayor desaceleración significa que es poco probable que sea un mejor proyectil.

Siempre puede hacer los cálculos usted mismo, no es demasiado difícil siempre que solo encuentre resistencia en un punto.

Puede haber un uso para anillos huecos como proyectiles. Este juguete para perros, por ejemplo.

La utilidad proviene del aumento permitido en la estabilidad. Los proyectiles generalmente se estabilizan haciéndolos girar, con aletas o ambos. Las aletas funcionan agregando arrastre a la cola (obtienen un gran impulso de la relación de sustentación pero aún agregan arrastre) Girar no agrega arrastre hacia adelante, pero el movimiento de rotación de la superficie es resistido por un arrastre de rotación que disminuirá lentamente el velocidad de giro. Con proyectiles livianos, esta reducción en el giro puede ser el factor limitante para el alcance, ya que una vez que la velocidad de giro sea demasiado baja, el proyectil se volverá inestable. Esto se puede ver ocasionalmente con discos voladores cuando el comienzo del vuelo es suave, pero luego el disco comienza a tambalearse.

Entonces, donde entra en juego ahuecar el centro, es que un anillo tiene más inercia rotacional que su contraparte sólida. Esto permite que el proyectil gire más tiempo y, por lo tanto, permanezca estable por más tiempo. Esta es una de las razones por las que el disco volador aeróbico tiene más alcance que un disco volador típico.

Desde el punto de vista de la resistencia, con dos objetos de igual volumen, ambos esculpidos para reducir la resistencia, pero uno tiene una ruta de aire a través de él, el que no tiene la ruta de aire siempre tendrá menos resistencia (siempre que ambos sean estables). ) Esto se debe al necesario aumento de la superficie que conduce a una mayor fricción de la piel .

Sin embargo, si está mirando dos objetos con el mismo exterior, entonces el que tiene el agujero de adelante hacia atrás a veces tendrá menos resistencia. Por ejemplo, acabo de ejecutar una simulación rápida en dos objetos con forma de bala que caen por el aire a 1 m/s:

Este es el objeto sólido y tenía una resistencia de 0,925 mN

Este es el objeto sólido y tenía un arrastre de 0.846 mN

Entonces, a primera vista, parece que un agujero es una buena idea. Sin embargo, el agujero también eliminó masa. Eso significa que el mismo arrastre inducirá una desaceleración más fuerte, por lo que el proyectil irá más lento y tendrá un alcance más corto.

Además, para geometrías largas y estrechas (como una flecha), el orificio en realidad aumenta la resistencia:

Aquí, el cilindro sólido de 60 cm de largo y 1 cm de diámetro tenía un arrastre de 0,127 mN. La superficie exterior de la versión hueca tenía un arrastre de 0,101 mN, pero el arrastre en el interior llevó el total a 0,138 mN para un aumento neto en el arrastre.

En conclusión, se puede usar un agujero para agregar estabilidad, pero en la mayoría de los escenarios disminuirá la velocidad y el alcance del proyectil incluso si logra disminuir la resistencia.

A principios del siglo XIX/XX, había balas de plomo con agujeros en toda su longitud, balas de torpedos, y se insertaba una varilla muy pequeña de latón o cobre en el medio de estos proyectiles. Las pruebas mostraron una gran reducción en el efecto de arrastre, ya que el área de baja presión en la base de la bala se redujo en gran medida por el flujo de aire a través del medio y hacia el área de la base.

En ese momento, la tecnología no era suficiente para producirlos de forma muy precisa, por lo que nunca entraron en producción regular. Sin embargo, en la línea de 1000 yardas, se demostró que caen y se desvían menos y retienen velocidades más altas en comparación con sus contrapartes sólidas.