Una pistola es un arma que utiliza la fuerza de un propulsor explosivo para proyectar un misil. Las pistolas o armas de fuego se clasifican según el diámetro de la abertura del cañón. Esto se conoce como calibre del arma. Cualquier cosa con un calibre de hasta .60 (0,6 pulgadas) inclusive se conoce como arma de fuego.
Se desconoce el origen exacto del arma, aunque ya se utilizaban a principios del siglo XIV y eran comunes en Europa a mediados de siglo. Estas primeras armas no eran más que cilindros de gran calibre, de hierro forjado o bronce fundido, cerrados por un extremo y cargados colocando pólvora y proyectil en la boca, o extremo abierto.
Hoy en día las armas de fuego son un poco más sofisticadas. Sin embargo, la física detrás de todas las armas sigue siendo la misma. Armas como cañones, escopetas y rifles funcionan según la idea básica de conservación del impulso y el cambio de energía de potencial a cinética.
Cuando se aprieta el gatillo, el martillo golpea el percutor. Luego, el percutor golpea el cebador, lo que hace que la pólvora se queme y produzca muchos gases. Esto hace que el volumen detrás de la bala se llene con gas a una presión extremadamente alta. El gas empuja todas las superficies que encuentra, incluida la bala que tiene delante y la base del cañón del arma detrás.
El aumento de presión causado por los gases hace que la bala entre en el cañón, lo que hace que la bala salga de la boca a velocidades muy altas. Una vez disparada la bala, permanece en movimiento debido a su impulso. El impulso llevará la bala hasta que golpee un objeto o la gravedad tire de la bala hacia la tierra.
Las armas de fuego transforman la energía química potencial en energía cinética durante el disparo real del arma. Mucha gente no se da cuenta de que la fuerza impartida al acelerar la bala no es la única fuerza que actúa sobre el arma o sobre el tirador. Los granos de pólvora quemada salen por la boca del cañón a gran velocidad. Cuando se aprieta el gatillo, el martillo golpea una pequeña carga en el extremo del proyectil, la munición.
Esta carga enciende la pólvora negra empaquetada detrás de los cojinetes de bolas de plomo. Cuando la pólvora negra se quema, produce un gas que se expande rápidamente al quemar más pólvora negra. Los gases a alta presión ejercen fuerzas sobre la parte posterior de la bala y sobre el arma. La única forma de que escape el gas es empujar la bala fuera de su camino por el extremo del cañón. Así es como se dispara una bala con un arma.
La conservación del impulso es la ley que se cumple cuando se dispara el arma y se siente una “patada”. Cuando se dispara una bala con un arma, el impulso total antes es cero ya que nada se mueve. Después de disparar la bala, hay impulso en dirección hacia adelante. Por lo tanto, el arma debe tener la misma magnitud de impulso pero en dirección opuesta para que se cancelen entre sí dejando el impulso total igual a cero. Por esta razón, el arma debe tener una velocidad de retroceso después de disparar la bala (es decir, el arma «salta» hacia atrás y se siente una «patada»).
A medida que la bala avanza a través del cañón, gana impulso. Para que todo el sistema del arma y la munición tengan el mismo impulso, el arma debe ganar impulso en la dirección opuesta a la de la bala. El momento es una cantidad vectorial que tiene una dirección y una magnitud.
Cuanto más rápido se mueve un objeto o cuanto más masa tiene, más impulso tiene en la dirección de su movimiento (momento = masa x velocidad). Debido a que el impulso es una cantidad conservada, no se puede crear ni destruir (impulso antes = impulso después). Sólo se puede transferir entre objetos. El momento se conserva debido a la tercera ley del movimiento de Newton.
Cuando un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto durante un cierto período de tiempo, el segundo objeto ejerce una fuerza igual pero de dirección opuesta sobre el primer objeto durante exactamente el mismo período de tiempo. El impulso perdido por el primer objeto es exactamente igual al impulso ganado por el segundo objeto. El impulso se transfiere del primer objeto al segundo objeto.
En este caso, si un arma ejerce una fuerza sobre una bala al dispararla hacia adelante, entonces la bala ejercerá una fuerza igual en la dirección opuesta sobre el arma, lo que hará que se mueva hacia atrás o retroceda. Aunque las fuerzas de acción y reacción son iguales en tamaño, el efecto sobre el arma y la bala no es el mismo ya que la masa del arma es mucho mayor que la masa de la bala. La aceleración de la bala mientras se mueve a lo largo del cañón del arma sería mucho mayor que la aceleración del arma (aceleración = fuerza masa).
La conservación del impulso también se demuestra cuando la bala impacta en un objeto. El objeto que golpea absorbe la energía cinética, la energía del movimiento y el impulso. Si la fuerza del impulso de la bala es lo suficientemente grande como para superar la masa del objeto, el objetivo se moverá a lo largo del mismo vector que la bala.
Para aumentar la precisión del vuelo de la bala, se puede utilizar una técnica llamada estriado. El estriado es donde el cañón del arma o la bala se dobla con ranuras en espiral que permiten el paso del aire. Cuando se dispara la bala, el aire pasa a través de estas ranuras curvas y hace girar la bala. Esta acción giratoria permite que la bala corte el aire de manera más eficiente y vuele en un rumbo más preciso, estabilizando así su trayectoria.