소총탄의 탄도에 관한 오해

‘예전 군대에서 완전 잘못 가르친 총알 궤적’이라는 숏폼 영상을 봤다. 나도 군대에서 저렇게 배웠던 것 같은데 확실히 기억나지 않는다.

 

 

지난 1학기에 수강한 무기공학 9주차 때 강외탄도학을 배웠는데 벌써 가물가물해서 교안을 뒤적여 봤더니, 주로 포탄의 운동에 관해서 다뤘고 소총의 영점 조정까지는 들여다 보지 않은 것 같다.

이 주제로 챗GPT와 대화했다.

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나: rifle의 영점 조정 원리를 탄도학에 입각해서 수식과 함께 설명해줘

챗GPT:

소총의 영점 조정(Zeroing)은 총기 조준점과 탄환이 실제로 명중하는 지점을 일치시키기 위한 과정입니다. 이 과정은 탄도학적 원리에 기반하며, 특히 탄도의 포물선 궤적을 고려합니다. 여기서는 탄도학과 관련된 기본적인 수식과 개념을 통해 영점 조정 원리를 설명하겠습니다.

### 1. 탄도의 기본 개념

탄환이 발사된 후에는 중력과 공기 저항 등의 외부 힘의 영향을 받습니다. 이로 인해 탄환은 직선이 아니라 포물선 궤적을 그리며 이동합니다. 기본적으로 탄도의 수직 운동과 수평 운동을 각각 고려해볼 수 있습니다.

1. **수평 방향 운동**: 등속 운동
   - 수평 속도 \( v_x = v_0 \cos\theta \)
   - \( v_0 \)는 초기 속도, \( \theta \)는 발사 각도입니다.

2. **수직 방향 운동**: 가속 운동 (중력의 영향)
   - 수직 위치 \( y = v_0 \sin\theta \cdot t - \frac{1}{2}gt^2 \)
   - \( g \)는 중력 가속도 (\( 9.81 \, \text{m/s}^2 \))입니다.

3. **수평 위치**: \( x = v_0 \cos\theta \cdot t \)

따라서 시간 \( t \)에 대한 수평 거리 \( x \)와 수직 위치 \( y \)를 이용해 포물선 궤적을 그릴 수 있습니다.

### 2. 탄도의 포물선 궤적

위의 수식을 종합하면 탄환의 궤적은 다음과 같은 포물선 방정식으로 표현됩니다.

\[
y(x) = x \tan\theta - \frac{g x^2}{2 (v_0 \cos\theta)^2}
\]

여기서 중요한 점은 탄환이 중력에 의해 아래로 떨어지기 때문에, 실제로 조준점(수평선)보다 높은 각도로 조정해야 한다는 것입니다.

### 3. 영점 조정 원리

영점 조정은 특정 거리에 대해 조준점과 탄환의 명중 지점을 일치시키는 과정입니다. 이를 위해 가늠쇠 또는 조준경을 조정하여, 특정 거리를 기준으로 탄환의 포물선 궤적이 목표 지점을 정확히 통과하도록 합니다.

예를 들어, 100m에서 영점을 맞춘다는 것은, 100m 거리에서 조준점과 탄환이 명중하는 지점이 일치한다는 뜻입니다.

#### 영점 조정의 수학적 원리

- 가늠자나 조준경의 높이 \( h \)와 조준 각도 \( \alpha \)를 고려해보면, 명중 지점 \( y \)는 다음과 같이 표현됩니다:

\[
y(x) = h + x \tan\alpha - \frac{g x^2}{2 (v_0 \cos\alpha)^2}
\]

여기서 \( y(x) = 0 \)이 되는 \( x \) 값이 조준 거리입니다. 이때, 조준각 \( \alpha \)를 조정하여 특정 거리 \( x_0 \)에서 \( y(x_0) = 0 \)이 되도록 합니다.

### 4. 결론

탄도학적으로 소총의 영점 조정은 탄환의 포물선 궤적과 조준선이 특정 거리에서 일치하도록 조준각을 미세하게 조정하는 과정입니다. 이를 통해 목표 거리에서 정확한 명중을 보장할 수 있습니다.

나: 총알이 총구를 나서면서 aerodynamic jump가 발생하나?

챗GPT: 

네, 총알이 총구를 나서면서 **aerodynamic jump** 현상이 발생할 수 있습니다. 이 현상은 발사된 총알이 회전하면서 공기 중에서의 불안정성과 비대칭적인 힘을 받아 작은 각도로 편향되는 것을 의미합니다.

### Aerodynamic Jump의 발생 원리

1. **총구 진동과 탄환의 출구 각도**: 총알이 총구를 떠나는 순간, 총열의 미세한 진동이나 비대칭적인 힘이 탄환의 출구 각도에 영향을 미칩니다. 이 출구 각도가 탄환의 초기 궤적을 결정하는 중요한 요소가 됩니다.

2. **자이로스코픽 안정화**: 탄환은 소총의 강선에 의해 회전하며 자이로스코픽 안정성을 얻습니다. 그러나 이 회전으로 인해 탄환이 공기 중에서 비대칭적인 힘을 받게 되며, 이는 탄환의 궤적에 작은 편차를 유발합니다.

3. **공기 저항과 크로스윈드(crosswind)**: 총구를 떠나는 순간 탄환이 회전하면서, 공기 저항이나 측풍(crosswind)과 상호작용하게 됩니다. 이때 발생하는 비대칭적인 공기 저항이 탄환의 궤적을 미세하게 편향시키며, 이를 **aerodynamic jump**라고 합니다.

4. **수직적, 수평적 편향**: 탄환의 회전 방향과 공기 저항에 따라 편향이 위아래 또는 좌우로 발생할 수 있습니다. 이 편향은 대부분 작은 각도로 발생하지만, 장거리 사격에서는 무시할 수 없을 정도로 중요한 요소가 됩니다.

### Aerodynamic Jump의 영향

이 현상은 특히 장거리 사격에서 중요한데, 몇 밀리미터의 초기 편향이 수백 미터 이상의 거리에서는 몇 센티미터 또는 그 이상으로 확대될 수 있습니다. 따라서 장거리 저격수나 정밀 사격을 하는 경우, **aerodynamic jump**를 고려하여 영점 조정 및 조준을 해야 합니다.

결론적으로, 총알이 총구를 나서면서 aerodynamic jump가 발생하며, 이는 탄도학적으로 중요한 요소입니다.

나: 돌격소총의 영점 거리 이내에서는 무시해도 될 정도겠네?

챗GPT:

네, 일반적인 돌격소총의 영점 거리(예: 100m 또는 200m) 이내에서는 **aerodynamic jump**의 영향이 비교적 미미하므로 대부분 무시해도 될 정도입니다. 그 이유는 다음과 같습니다:

### 1. **단거리에서의 미세한 편차**
Aerodynamic jump는 탄환이 총구를 나설 때 발생하는 작은 각도의 편향인데, 이 각도 편차가 단거리에서는 크게 누적되지 않습니다. 예를 들어, 100m 이내에서는 이 편차가 몇 밀리미터 수준이기 때문에 실질적인 명중에 거의 영향을 주지 않습니다.

### 2. **영점 조정의 범위**
돌격소총의 영점 조정은 보통 100m 또는 200m 거리를 기준으로 합니다. 이 거리는 보병 전투에서 주로 활용되는 사거리로, 이 범위 내에서는 탄도 궤적이 비교적 직선에 가깝습니다. 이로 인해 aerodynamic jump에 따른 영향은 거의 나타나지 않습니다.

### 3. **전투 상황에서의 실효성**
전술적으로 돌격소총은 근거리에서 빠르고 반복적인 사격을 목표로 하기 때문에, 몇 밀리미터의 편차는 전투 효율성에 거의 영향을 미치지 않습니다. 또한, 돌격소총은 개인화기이며, 정밀 사격보다는 신속성과 적절한 명중이 중요하므로 aerodynamic jump를 고려하지 않아도 실용적입니다.

### 결론
돌격소총의 영점 거리 이내에서는 **aerodynamic jump**에 의한 편차가 미미하기 때문에, 대부분의 실전 상황에서 이를 고려할 필요가 없습니다. 이는 특히 100m에서 300m 사이의 전형적인 교전 거리에서 더욱 그렇습니다.

나: 
한국군 장병 다수는 다음과 같은 가설을 알고 있다:
1. 총알이 발사 직후 아래쪽으로 떨어지다가 다시 상승해 영점 표적 거리인 25m에서 총구 높이에 도달
2. 25m부터 포물선 운동을 해서 250m에서 다시 총구 높이에 도달
3. 250m를 지나서 계속 하강

이 가설을 검토해봐

챗GPT:

질문에서 언급한 가설은 한국군 장병들이 흔히 믿는 탄도에 관한 잘못된 개념 중 하나입니다. 이를 검토하기 위해, 탄도학의 기본 원리와 실제 탄환의 궤적을 바탕으로 분석해보겠습니다.

### 1. 총알이 발사 직후 아래로 떨어지다가 다시 상승한다?

**잘못된 가설입니다.**

- **총알이 발사되는 순간부터 중력의 영향을 받아 하강합니다.** 탄환은 발사 직후부터 직선으로 날아가는 것이 아니라, 항상 중력의 영향을 받아 아래로 떨어집니다.
- 총열이 약간 위로 기울어진 상태에서 발사되므로, 탄환은 초기 궤적에서 일정한 상승을 하게 됩니다. 그러나 이것은 총구가 조준점보다 높은 위치에 있기 때문이지, 총알이 "다시 상승"하는 것은 아닙니다.

### 2. 25m에서 총구 높이에 도달하는가?

**부분적으로 맞을 수 있지만, 상황에 따라 다릅니다.**

- 군용 소총에서 25m 표적을 사용하는 이유는, 25m에서 영점을 맞추면 탄도의 곡선이 200~250m에서도 목표점과 일치하도록 설계되기 때문입니다.
- 하지만 탄환이 25m에서 정확히 총구 높이에 도달하는 것은 아닙니다. 25m는 단순히 조준선과 탄도의 교차 지점 중 하나일 뿐이며, 정확한 위치는 탄환의 초기 속도, 조준각, 탄환의 공기 저항 등에 따라 달라집니다.

### 3. 25m 이후 포물선 운동을 하여 250m에서 다시 총구 높이에 도달한다?

**일부 맞지만, 정확하지는 않습니다.**

- 탄도학적으로, 탄환은 항상 포물선 운동을 합니다. 25m에서 영점을 맞춘 경우, 조준선과 탄도 궤적이 200~300m 지점에서 다시 교차할 수 있습니다. 이 지점이 대략 250m일 수 있으며, 이는 소총의 사거리와 설계에 따라 다릅니다.
- 그러나 탄환이 이 지점에서 "총구 높이"에 도달한다는 표현은 정확하지 않습니다. 이 구간에서 조준선과 탄도의 교차점이 형성되지만, 이는 총구의 높이가 아니라 조준선과의 관계를 기준으로 이해해야 합니다.

### 4. 250m 이후 계속 하강하는가?

**맞습니다.**

- 250m 이후부터는 탄환이 포물선 궤적을 따라 계속 하강합니다. 이때부터는 중력과 공기 저항의 영향으로 탄환이 점차 가속해 하강하게 되며, 이로 인해 명중점은 조준점보다 점점 아래로 이동하게 됩니다.

### 결론

이 가설은 탄도학적 원리에서 일부 착각이 포함된 잘못된 이해입니다. 실제로는 다음과 같이 이해하는 것이 정확합니다:

1. **총알은 발사 직후부터 중력의 영향을 받아 하강**하지만, 조준각에 의해 일정 거리까지 상승 곡선을 그립니다.
2. 25m에서 영점을 맞추면 조준선과 탄도 곡선이 200~300m 거리에서 다시 교차합니다.
3. 그 이후에는 탄환이 계속 하강하면서 목표와의 교차점이 멀어집니다.

따라서 이 가설은 일부 현실을 반영하지만, 탄도 궤적의 실제 물리적 현상을 잘못 이해한 것입니다.

나: 한 줄 요약:

챗GPT: 총알은 발사 직후부터 하강하며, 25m에서 조준선과 교차 후 250m에서 다시 교차하지만 중간에 다시 상승하지는 않습니다.

나: "총알은 항상 포물선 운동을 한다"라고 정리하면 되나?

챗GPT: 
"총알은 항상 포물선 운동을 한다"라고 정리할 수 있습니다. 다만, 이 표현에서 중요한 것은 포물선 운동의 이유가 **중력** 때문이라는 점입니다. 발사 직후부터 총알은 중력의 영향을 받아 아래로 떨어지며, 포물선 형태의 궤적을 그리게 됩니다.

따라서, **"총알은 발사 직후부터 중력의 영향으로 항상 포물선 운동을 한다"**로 표현하면 더 명확합니다.

나: 일반 보병이 탄의 낙차를 고려해서 사격할 필요가 있을까?

챗GPT:

일반 보병의 경우, **탄의 낙차를 고려해서 사격할 필요는 거의 없습니다.** 그 이유는 다음과 같습니다:

1. **영점 조정의 효과**: 일반적으로 보병은 100m 또는 200m에 영점을 맞추기 때문에, 해당 거리를 기준으로 조준선과 탄도의 교차점이 형성됩니다. 이 범위 내에서는 탄환이 상대적으로 직선에 가깝게 날아가므로 낙차를 고려할 필요가 거의 없습니다.

2. **주요 교전 거리**: 대부분의 보병 교전은 300m 이내에서 이루어집니다. 이 거리는 표준 돌격소총의 유효 사거리 내에 있으며, 이 범위에서는 낙차가 크지 않기 때문에 조준점을 크게 수정하지 않아도 됩니다.

3. **신속성과 실전적 효율**: 전투 상황에서 보병은 빠르고 정확한 사격이 중요합니다. 낙차를 세밀하게 계산하는 대신, 직관적으로 목표물을 조준하는 것이 더 실효적입니다.

결론적으로, 일반 보병은 보통 교전 거리에서 탄의 낙차를 별도로 고려하지 않아도 충분히 효과적인 사격을 할 수 있습니다.

나: 그렇다면 '총알이 레이저 빔처럼 직선으로 나간다'라고 가르치는 것이 낫지 않을까?

챗GPT:

"총알이 레이저 빔처럼 직선으로 나간다"라고 가르치는 것은 **현실적인 사격 훈련 상황에서는 오히려 효과적일 수 있지만, 정확한 이해를 위해서는 주의가 필요합니다.**

### 왜 이런 가르침이 효과적일 수 있을까?
1. **일반적인 교전 거리에서는 직관적으로 맞다**: 대부분의 교전 거리(100~300m)에서는 총알의 궤적이 상대적으로 직선에 가깝기 때문에, 실전에서 보병이 직선적으로 조준한다고 생각하는 것이 낙차를 신경 쓰지 않고 빠르고 정확한 사격을 할 수 있습니다.

2. **실전적 효율**: 복잡한 탄도학 개념을 설명하기보다는, 단순하고 명확한 개념을 주입하는 것이 훈련성과 전투력을 높이는 데 유리합니다. "레이저처럼 직선으로 나간다"는 개념은 빠르게 조준하고 발사해야 하는 상황에서 실전적으로 유리할 수 있습니다.

### 그러나 왜 주의가 필요할까?
1. **장거리 사격에서의 오해**: 장거리 사격(300m 이상)이나 특수 상황에서는 탄도의 낙차를 고려하지 않으면 정확도가 크게 떨어질 수 있습니다. 이때는 "직선"이 아니라 포물선이라는 개념이 필요합니다.

2. **전문 사격 기술을 익히는 데 방해가 될 수 있음**: 정밀 사격이나 특수 임무를 수행하는 경우, 탄도의 정확한 이해가 필요합니다. 모든 상황에서 "직선"으로 인식하면, 이후의 고급 훈련에서 잘못된 개념이 교정되기 어렵습니다.

### 결론
일반 보병에게는 기본 교전 거리 내에서 “총알이 직선처럼 나간다”는 개념이 실전적이고 효과적일 수 있습니다. 하지만, 장거리 사격이나 고급 훈련이 필요한 경우, 탄도학적 이해가 필요하다는 점도 함께 교육하는 것이 바람직합니다.