以任意初速拋出的物體在地球重力作用下的運動。作這種運動的物體稱為拋射體。拋射體的質心在運動中的軌跡稱為彈道或彈道曲線。

  拋射體的理想運動 指在下述四種假設下的運動:①拋射體在真空中運動;②拋射體的射程與地球的尺寸相比很小,故地球表面可視為平面,各處重力互相平行;③拋射的高度與地球半徑相比很小,各處重力加速度g可視為常數且等於在地地面的值;④在地面上靜止的物體具有與地球在該點的轉動速度相同的速度,所以初速不太大時,拋射體的運動可不考慮地球的轉動。在這些假設下,拋射體對靜止於地面的直角坐標系的運動方程為:

m=0,mÿ=-mg

  設初速v0與水平成θ0角,而初始條件為:

x0=0,y0h

0v0cosθ0,ẏ0v0sinθ0

則積分後的運動方程為:

xv0tcosθ0

yv0tsinθ0

gt 2h

消去 t後,得彈道方程:

這是一個拋物線方程(圖1)。 y= h時,可從上式求出拋射體的射程:

         

可見射程不僅與初速度 v 0有關,且與 θ 0有關。當 θ 0=45°時,射程最大。

  拋射體的實際運動 考慮空氣阻力的拋射體運動。炮彈或導彈在空氣中運動時,空氣的阻力對彈道的影響是縮短射程、減小落地速度和增大落地角,並使彈道具有豎直漸近線(圖2)。

  在阻尼介質中運動的拋射體同時受到重力P和空氣阻力R的作用(圖3)。

R與速度 v反向,其大小則為 v的某一函數 mf( v),其中 m為拋射體的質量,是為瞭算式簡明而寫上的。拋射體沿曲線的切向和法向的運動微分方程為:

     (1)

式中 θ是速度矢量與水平軸 x的夾角。

  曲率半徑ρ與弧長s和傾角θ有如下關系:

式中負號表明 θ角隨弧長 s的增加而減小。於是式(1)可寫作:

。  (2)

從以上兩式消去 d t,得到:

,     (3)

或改寫為:

。      (4)

隻有在函數 f( v)取某些特殊形式時,式(3)才有一般的積分。例如: f( v)= cvf( v)= cv 2f( v)= av+ bv 2(牛頓,歐拉), f( v)= cvn(約翰第一·伯努利), f( v)= abvn(達朗拍)等。在外彈道學中,方程式(3)的積分一般用近似方法。下面分述介質阻力對拋射體運動的影響。

  ①介質阻力對射程的影響 將式(4)寫為:

由於 ,推出 ,即速度的水平分量是減函數,故射程比理想運動時要短。

  ②介質阻力對落地角的影響  利用式(2)的第二式,

。 (5)

沿彈道的上升段積分, y由0到 hθθ 0到0,得到:

如以 θ 1代表落地角,將式(5)沿下降段積分,得到:

因為 v x是減函數,上面第二個積分的值必定大於第一個,故 tg 2 θ 1tg 2 θ 0,即拋射體的落地角 θ 1大於發射角 θ 0

  ③介質阻力對落地速度的影響將式(2)的第一式乘以v並積分,得:

設落地時 tt 1,落地速度為 v 1,此時 y=0,上式變為:

此式表明 v 1v 0,即落地速度 v 1小於發射速度 v 0

  ④阻尼介質中彈道的漸近線 θ角從初始值θ0逐漸減小,在彈道頂點處變為零,此後即取負值。由式(2)中的第二式得出:

根據初始條件 t=0時 θθ 0,積分後可得:

從上式可以看出,當 θ 時, t→∞,故在阻尼介質中彈道具有豎直漸近線。

  此外,當射程較大時,例如遠程彈道導彈,由於地面是球形,球面曲率的影響是增大射程(圖4)。圖中橢圓是導彈在地球有心力場中的真空彈道。此時的射程等於Rφ,顯然大於設地面為平面情況下的射程。