推理之星－－－推理区周期性活动第二弹【技术讨论篇】（弹道学）【6/25日截至】

Dark Angel

理论联合实际~笑

梦魇连环枪击案     

　　２００２年１０月２日下午５时２０分，美国马里兰州蒙哥马利县。初秋时节的北美小城里，一片和平宁静。

　　蓦地，一声爆响过后，一颗不知从哪里飞来的子弹击穿了一家商店的橱窗玻璃，但并没有人受伤。也许，此时还会有人认定是哪支步枪走了火，要知道在美国有成千上万的普通百姓拥有大小枪支呢……没有人知道，这时“潘多拉的盒子”已被打开了。不到一个小时，５５岁的詹姆斯·马丁在穿过停车场时被一枪击毙。此后不到一个月时间内，连环杀手射出１４颗罪恶的子弹，共造成１０人死亡，３人受伤。杀手似乎在漫无目的地杀人，被害人中有１３岁的学童，也有７２岁的退休老人；有黑人也有白人。杀手并不挑选行凶的场所，商店、加油站、上学途中……一切生活场所都成了他袭击的目标和屠场。

　　杀手在连连作案，警方的侦破工作却进展缓慢，杀手开始给警方打电话嘲笑对手的无能，还写信索要１０００万美元……终于，在２２天之后，疑凶穆罕默德和义子马尔沃被抓捕归案。但在警方刚刚宣布结案时，又有神秘电话声称自己才是这系列凶杀的真正执行人。

    面对警方的问讯，主凶之一穆罕默德表现得相当合作，他滔滔 不绝地对马里兰州警察和联邦调查局官员倾诉自己的愤怒根源，包括他参加完海湾战争回到美国之后在事业和婚姻上的双重失败。相比之下，他的帮凶、他１７岁的义子李·马尔沃保持沉默……一位资深的联邦探员指出：你不说也好，你滔滔不绝、废话连篇也罢，根本不会对案情进展有任何影响。这位探员坦率地说：我们有弹道学，我们可以不需要口供。

　　尽管在穆罕默德和马尔沃被捕之后，多数美国人认定警方本应早抓到这两位疑凶。但事实却是，在美国刑事犯罪纪录史上有过上百起连环凶杀案件，本案却是破获最快的案件之一。在扑朔迷离、千回百转的案件演变和侦破过程中，掩映在华盛顿万顷绿树中的美国烟酒枪支管理局（ＢＡＴＦ）司法鉴定室的专家们居功至伟。

　　在案件进展中，经ＢＡＴＦ以瓦尔特·丹德里为首的弹道专家们帮助，警方和联邦调查局很快就认定从１０月２日开始发生的多起枪击事件均与一支０保玻玻晨诰兜奈淦飨喙亍４穆罕默德父子被捕后，警方通过弹道学确认，在犯罪现场找到的子弹碎片，正是从那对父子拥有的１９９０年出产的蓝色雪佛莱轿车中搜出的“丛林之王”ＸＭ－１５步枪中射出，从而可以认定此二人就是连环枪击的真凶。

一千支枪
就有一千种弹痕

　　以检验子弹弹头和弹壳上独特痕迹为主的刑侦实践最早可以追溯到２０世纪初。

　　枪支专家们说，别看人类已经造出上亿支枪，但几乎每一支枪“都不一样”。这个“不一样”主要是指枪管内膛线上的差异，这种差异在一般情况下用肉眼并不能清楚辨析，但专业人士却能凭借高倍放大镜找出刻画在高速射出的弹头上膛线的细小变化。甚至，每一支枪的撞针都有所不同，特别有经验的人，从遗留在枪击现场弹壳“底火”近的撞针痕迹也能找到这支枪的“户口”。按理说，我们可以循此找到任何一颗子弹是从哪支枪里飞出来的。此外，研究弹头上的膛线痕迹，还可以判断子弹呈抛物体射出后的运动轨迹，进而推算出射击者位置、射击角度……

    但是，这项古老、实在的刑事侦察技术在早先遭遇到一个难以解决的障碍：怎样预先收集和记录成千上万支枪的膛线资料呢？显然，早在上世纪４０年代就已定型的刑事侦察弹道学由于条件限制而没能得以突破性进展。

　　在２０世纪后期，由于计算机技术、网络和数据库以及鉴别率极高的显微镜的出现，使警界英雄们重新找到了感觉。

　　美国烟酒枪支管理局的集成弹道鉴定系统（ＩＢＩＳ）鉴定顾问约翰·迪伦讲述了今天如何借助弹道学破案的经过：

　　“我们在现场找到了子弹后，先要从各个角度为子弹拍下很多照片，然后通过专题检索系统与数据库中所有被登记录入的弹痕照片进行比对，因为有高速计算机系统的协助，这种比对比人工比对效率提高上万倍，而且不易出现疏漏。”

　　弹痕有类似于指纹的独特性。根据这一特征，最好是建立一个更大范围的子弹和枪支计算机跟踪系统。只不过这需要漫长的积累和枪支制造厂商的配合，让他们在新枪出厂时通过试射保留下每支枪的弹道图像资料并存入ＩＢＩＳ系统。这样，警方就能在案发后把现场的子弹与枪支拥有者挂起钩来，以加快找到真凶的进程。

　　不过，许多反对者也质疑，建立这样一个庞大的数据库是否过于昂贵，而且又未必有效。在反对者中，美国现任总统布什的影响力显然最大。他通过白宫发言人说，他对这项技术的准确性并不信服，而且建立弹道数据库可能会侵犯枪支所有者的隐私。随声附和的美国国家枪支协会的代表也说：子弹和弹壳可以被轻易改变，这样弹道“指纹”就失去了效用。
  有意思的是，美国两家枪支制造巨头史密斯·威森和格拉克出于商业上的长远考虑，反而成了枪支弹道管制的强有力支持者。他们自己出钱建立了自家产品的弹痕图像数字系统，并在必要时为警方提供数据支持。

缉凶功臣弹道学

　　刑事侦察是一系列综合技术应用的典范。虽然，弹道学能告诉调查人员，嫌疑犯持有的枪支就是作案凶手所用家什，但它不能向法庭证明案发时那支枪就在穆罕默德或马尔沃手中，也不能证明是他们使用这支枪对本案的受害人进行了攻击。这时，调查人员必须提供其他证据。

　　那么，让我们仔细回顾一下案发和破案过程吧。

　　１０月２日下午５时２０分，第一颗子弹从枪膛里射出，连环攻击正式开始了。不到一小时，５５岁的詹姆斯·马丁成了第一个牺牲者。

　　１０月３日，共有５人在这一天被枪杀。警方曾因交通违规拦截过枪手驾驶的蓝色雪佛莱车，但最后却将其放走。两小时后，有证人报告，在当日第五起枪击后，看见一辆深色Ｃａｐｒｉｃｅ轿车驰离谋杀现场，警方开始搜索这辆汽车，但毫无线索。

　　１０月７日，杀手在犯罪现场留下的一张塔罗纸牌上面写着“警察先生，我是上帝”。在枪击地点附近的草丛中，警方发现被丢弃的弹壳。这显然是至关重要的线索。

　　１０月８日，一位警官发现穆罕默德在一家三明治店外的汽车里睡觉，在将他的驾照与身份证和警方提供的数据相比照后没有发现特别疑点，只好允许穆罕默德离开。

　　１０月１２日，警方公布了一幅根据证人描述绘出的白色厢式货车的合成图像。在这个问题上警方一开始就走了弯路，他们几次看见蓝色Ｃａｐｒｉｃｅ车，但却一直认定自己要找的凶手坐骑是一辆白色货车。

　　１０月１３日，警方高级官员说，在搜索可疑汽车方向上没有太大进展。这个结果可想而知。

　　１０月１４日，又一起枪击事件。多个目击者报告在案发现场看见一辆深色雪佛莱或克莱斯勒轿车。但警方固执地根据一位证人的描述仍在追踪那辆子虚乌有的乳白色货车。

　　１０月１８日，有人打电话给警方，声称自己就是连环杀手。后来，真正的枪手也打电话给一个神父，声称自己是“上帝”，并提及所犯枪杀命案。而神父只将这个电话当成一个恶作剧，顺手挂了电话而没向警方报案。

　　１０月１９日，枪手留下一封信，索要１０００万美元，并声称第二天要给警察去电话。在信的结尾，他恶狠狠地写道：“你的孩子在任何时间和地点都不安全！”

　　１０月２０日，从枪手的“提示”中警方得知，阿拉巴马州在９月２１日发生过一起枪击事件。一名女子当场死亡，此事正是他们所为。

　　１０月２１日，调查人员飞往阿拉巴马搜索９月２１日案件证据。通过国家数据库确定犯罪现场遗留指纹就是马尔沃的。但在这一段，有关于“白色小型货车”的线索仍在误导着警方的侦察方向。

　　１０月２２日，警方收到第二封索要１０００万美元的信，自称枪手的人要求将这笔巨资存在一张被盗窃且已失效的信用卡上。

　　１０月２３日，联邦特工找到了位于华盛顿科马德镇上马尔沃曾经居住的地方，并取得了一些子弹碎片。经比照，一切真相大白。警方开始正式通辑马尔沃和穆罕默德，直到这时，警方才根据１０月８日的记录将穆宿默德父子和那辆蓝色Ｃａｐｒｉｃｅ联系起来。

　　１０月２４日，有人发现被通辑的蓝色Ｃａｐｒｉｃｅ并且打了９１１报警。下午３：３０，大批全副武装的警察赶到，逮捕了两个疑凶。冰凉的手铐铐在爷俩儿恶贯满盈的双手上，他们还像没事儿一样……

　　我们注意到，除了弹道学技术准确提供了第一罪证，凶手跟警方叫板和索要１０００万巨资的两封信成为指证凶手的有力证据。一位检验官说，即使是一张小纸片，仍包含着大量有用的信息。比如，每个人的笔迹都有若干特征，这是他个人独有的，即使故意掩饰也无法彻底伪装。

    笔迹分析证明，那张塔罗纸牌上所写“警察先生，我是上帝”的笔迹与１０月１９日那张“要钱”的信的笔迹完全一样，而在雪佛莱车上找到两个嫌疑人的字迹又与上述笔迹如出一辙。互相支撑、佐证的各种证据终于使凶手落入法网。


弹道学的法医见解哦：
枪弹创伤是法医学机械性损伤中，继钝、锐器损伤后较为常见的损伤类型。枪弹创的检验鉴定所涉及的专业范围较广，需要结合生物学、弹道学和创伤弹道学等方面的原理和方法，解决侦查和法律上所涉及的问题门随着对枪弹创研究的深入，逐渐形成了研究目的和对象明确，而又具有较完整的研究方法，并产生出许多研究成果，发展成为法医学和弹道学之间的一门新的边缘科学——法医弹道学。
    上个世纪末，我国曾一度出现了枪击案件上升的趋势，法医对某些枪弹创的认识和检验鉴定方法尚存在不足，需要进一步深入研究，以提高检验鉴定水平。为此，法医界开展了符合中国国情的“枪弹损伤的法医学实验研究”。
    就拿子弹穿透木板打击人的头骨来说吧：
    子弹从枪膛里出来在空气中飞行的时候，子弹自转的轴总是子弹弹道曲线的切线，这样才能保持子弹的最大杀伤力，击打在头骨上的时候，才能成为一个小圆洞，边缘光滑的。然而如果经过其他的碰撞以后，子弹的弹道急剧改变方向，这种碰撞的结果是随机的，碰撞后的子弹还有自旋，但这时自旋轴与碰撞后的弹道曲线切线将有一个夹角，这个夹角的大小也是随机的，而不仅仅是减速的问题。
    另外，子弹击中头骨之前，还需要穿透一层结构：木板。子弹在木头中穿行时，由于木头的密度与空气完全不同，因而子弹的自旋轴在木头中穿行的过程中会被破坏，弹头发生翻滚。这也是为什么子弹打中人体以后，入口小，出口大，身体内部的损伤比体表的伤口严重的原因，穿过木头后弹头将进一步翻滚，才能击中头骨，这样造成的损伤与直接击中造成的伤口区别更大，这也是弹道学分析法哦。
总之法医学和刑侦学中弹道理论推算是不可缺少的！
PS:很高兴45所能推出这样的专题！支持

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弹道学
ballistics

   研究各种弹丸或抛射体从发射起点到终点的运动规律及伴随发生的有关现象的学科。弹丸从起点到终点要经历起动、推进、在空中运动、对目标作用等不同的过程，并在不同环境中有不同的运动规律，产生不同的现象。早期，由于弹道学的理论基础——力学正开始发展，弹道学研究内容仅局限于研究抛射体运动轨迹，属于力学范畴。随着弹道测量技术及各基础学科的发展，弹道学研究的内容逐步扩充，发展成为涉及固体力学、气体动力学、空气动力学、液体力学、弹塑性力学、化学热力学、燃烧理论及爆炸力学等学术领域的综合性学科，并相继形成了不同的分支学科。
   发射武器通常有2种典型的发射方式：① 枪炮系统的发射方式。它利用高温的火药燃气在枪炮膛内膨胀作功，推动弹丸以一定的速度射出膛口；②火箭系统的发射方式。它利用火药燃气从火箭发动机的喷管流出时所产生的反作用力 ，推动战斗部连同发动机本身一起在空中飞行。根据发射方式的不同，弹道学相应地分为枪炮弹道学和火箭弹道学。
   在枪炮的射击过程中，弹丸的运动要经历膛内阶段、射出膛口后继续受火药燃气作用的阶段和在空气阻力、地球引力与惯性力作用下的飞行阶段。因而枪炮弹道学也相应地划分为：研究膛内火药燃烧、物质流动、弹丸运动和能量转换等有关现象及其规律的内弹道学；研究弹丸穿越膛口流场时受力和运动规律，以及伴随膛内火药燃气排空过程发生的各种现象的中间弹道学；研究弹丸在空中飞行运动的现象及其规律的外弹道学。火箭弹道学则根据火箭发动机内部所发生的现象和整个弹体在空中飞行的现象，分为火箭内弹道学和火箭外弹道学。从学科性质来划分，枪炮内弹道学和火箭内弹道学基本上同属一个学科，统称为内弹道学；枪炮外弹道学和火箭外弹道学则又同属另一个学科，统称为外弹道学。在近代弹道学的发展过程中，对弹丸在目标区域的运动规律、目标的作用机理及威力效应的研究已形成了专门的学术领域，称为终点弹道学。它同内弹道学、中间弹道学及外弹道学一起组成了弹道学的完整体系。

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法庭弹道学引起法庭科学的革命
    2002年10月，美国华盛顿地区先后发生了十几起枪击案，造成多人死亡，美国联邦调查局将这一系列案件定性为连环枪击案。但是，司法人员根据什么判定它们是一人所为呢？他们的科学依据是什么？此外，我们经常从新闻报道中了解到警方最终确定某某案件当事人死于自杀，某某案件当事人死于他杀，某某案件当事人是因枪走火犯下过失杀人罪，司法人员到底是如何进行判别的？诸如此类的问题都可以通过一种被称为“法庭弹道学”的科学得到解答。

秘密档案1：如何通过子弹刮痕判定所使用的枪械法庭弹道学家们如何判定子弹一定是从那支枪中发出来的呢？

要解释其中奥秘还得从枪械的构造说起。射击时，扣动的扳击驱使撞针穿过枪栓里的一个小孔而击中弹壳底部的底火，点燃弹壳中的火药，然后，火药的燃烧会产生大量高速膨胀的气体，这些气体产生的巨大压力推动子弹快速穿出枪管，同时把弹壳推向枪栓。在这个过程中，枪管、撞针和枪栓都会在子弹上留下独特的刮痕，法庭科学家借助仪器对这些刮痕进行仔细查看后，可以确定子弹是由什么枪械发出的。

自19世纪早期以来，除了猎枪以外，大多数枪械都有了来复线，即枪管内壁的螺旋形凹槽。凹槽之间未经镗削的部分称为“膛线”。这些来复线使射出的子弹发生旋转，极大地提高射击的精度和射程。由于各家工厂生产的枪械的来复线各不相同，根据来复线的凹槽数量和相对宽度以及旋转方向，就可以确定该枪械的式样。同时，尽管同一台机器要为许多支枪管镗削来复线，但切割凹槽的刀具会慢慢地受到磨损，因此会造成枪管凹槽底部出现微小的瑕疵。对于每一支枪来说，这些微小的瑕疵出现的部位、形状都是不一样的。当子弹穿过枪管时，膛线和凹槽中的微小瑕疵都会在弹头上产生与凹槽相平行的刮痕。枪栓是容纳子弹的部位，由硬化钢材制成，它本身也会有瑕疵。当弹壳被压力巨大的气体推向枪栓时，枪栓的任何瑕疵都会在软金属弹壳上留下印迹。同时，撞针也会把它的形状印在弹壳底部。在显微镜下对所有这些痕迹进行仔细检验，就可以判断出所使用的枪械。

首先发现可以将膛线在子弹上产生的刮痕应用于侦破工作的是法国里昂大学医学教授亚利山大拉卡萨尼。1889年，他从受害人身上取出来的子弹上发现了七道由枪管内的膛线形成的凹槽。现代弹道学也由此开始发展起来。

秘密档案2：如何确定子弹的弹道曾经有一次，一颗子弹穿过一扇窗户，射进了以色列驻华盛顿特区的领事馆一面墙上，起先他们还以为是一次恐怖袭击。恐怖分子进行袭击时，通常选取附近的建筑物作为隐藏和射击地点。为了确定那颗子弹是从哪里射过来的，联邦调查局专家从墙上的弹着点照出一道激光，光束透过窗户上的那个枪洞从附近的两栋建筑物之间穿过，指向了几个街区以外的一片开阔地。这表明子弹肯定不是从附近的建筑物中射过来的。后来，联邦调查局专家了解到，在几个街区以外的那片开阔地上，一名保安曾追击过一个偷抢手提包的人，并朝他开了一枪。经检测发现，那颗子弹上的痕迹与用保安的枪支所试射的子弹上的痕迹相吻合。

另外，快速飞行的子弹会吸附其穿行过程中遇到的任何物体，通过检测子弹上的黏附物也可以估算子弹的弹道。美国宾西法尼亚的一名警官曾被控告枪杀了一名无辜的司机，但他声称是因为被绊了一下使他的枪意外走火而导致的。法庭弹道学家在显微镜下检验那颗子弹后发现，子弹上沾有水泥和玻璃，证明子弹确实是从路面跳起后射穿轿车玻璃才击中了受害人。

法庭弹道学的软肋

法庭弹道学并非在任何时候任何情况下都是永远正确的。有些枪械的枪管内部有时会生锈，这些锈块会在子弹上留下痕迹，从而给枪械的判定带来偏差。如果在犯案和进行测试期间犯罪分子所使用的枪械生锈了，测试的结果很可能就不准确。同样，如果案发现场的子弹在运行过程中碰到坚硬的障碍物，或者在受害者体内碰到骨头等坚硬物而产生严重变形，测试的准确性也大打折扣。但是，法庭弹道学家凭借丰富的弹道学知识和多年的经验，一般情况下还是可以做出正确的判断。

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外在弹道学
外在弹道学 是提到一枚子弹行为在它以后退出桶弹道学的部份并且在它击中目标之前。当在飞行中, 主要军队行动在子弹头是重力和大气抵抗。
除这两军队以外, 子弹头的弹道被出现从事实的二' 军队的并且影响子弹头行动在本身之内转动的一个坐标系(地球的自转在其轴附近); 这些军队是可能被对待作为引力一部分) 的离心力(并且Coriolis 军队, 导致子弹头弹道水平地弯曲。

重力给予向下加速度在子弹, 造成它对下落从视线, 并且大气抵抗减速子弹用军队比例与速度(或立方体, 甚至v 的更大的功率的正方形 , 根据子弹头的速度) 。当射击在长距离, 子弹头下落可能被测量在十倍脚在子弹头之内的准确范围, 因此子弹头的飞行特征的知识和距离到目标是根本的为准确长距离射击。在极端长距离, 火炮必须射击不是近似地平直的子弹头沿弹道; 他们是离抛物面较近, 虽然大气抵抗影响这。为长范围火炮, Coriolis 军队变得重要。

计算大气抵抗的作用分析方法是极端复杂和不非常可靠的, 因此计算弹道最通常的方法是由经验主义的测量。

对弹道学表的用途或弹道学软件根据G1 阻力模型是最通常的使用的方法工作以外在弹道学。子弹由一个弹道系数描述, 或BC, 结合子弹形状和其部分密度的大气抵抗。加速度由于一个子弹头以大量m 、速度v ,和直径d 将体验的阻力与BC 是比例, 1/m、 v2 和 d2。BC 基于弹道效率比率与标准G1 比较子弹头, 是一1 磅, 1 种英寸直径子弹与一个平台、3 英寸的长度, 和2 英寸半径tangental 曲线为观点。炫耀的子弹, 用口径 d 范围从0.177 到0.50 英寸, 有BCs 在范围0.12 到0.56, 用0.56 是最飞行动力学的, 和0.12 是最少。部分密度是子弹的一个非常importent 方面, 和是前面表面(一半比子弹直径被摆正, 时期pi) 与子弹大量。因为, 为指定的子弹形状, 前面表面增加当口径的正方形, 和许多增量当直径的立方体, 部分密度线性地然后增长以打扰直径。从BC 结合形状和部分密度, G1 的一个半标度模型子弹头BC 将有a 0.5, 并且一个四分之一标度模型BC 将有a 0.25 。

因为不同的子弹头形状不同地将反应变化在速度上(尤其在亚声和超音速速度之间), 由子弹制造商BC 提供BC 将是代表速度的通常范围为那枚子弹的平均。为步枪子弹, 这大概将是它大概将是的超音速速度, 为了手枪子弹亚声。为大口径子弹头由常数很好BC 不接近, 而是认为是作用 BC(M) 的Mach 数字M; 这里M 合计子弹头速度由声速划分。在子弹头的飞行期间M 将减少, 并且因此(在许多情况下) 并且BC 将减少。特别是, 主要下落BC 发生当在飞行期间子弹头速度减少从超音速对亚声。

总之, 为小口径弹药, 一枚针对性的子弹比一枚圆的被引导的子弹BC 将有一好, 并且一枚圆的被引导的子弹比一枚平的观点子弹BC 将有一好(相似对大口径子弹头是真实的) 。大半径曲线, 造成一个更浅的观点角度, 将导致更低的阻力, 尤其在超音速速度。空心观点子弹表现很象同样观点直径的一个平的观点。子弹设计了至于超音速使用, 经常有轻微的逐渐变得尖细在后方, 称小船尾巴, 进一步减少阻力。物体表面之细槽, 是被隐藏的圆环在子弹附近过去经常可靠地起皱子弹入案件, 将造成在阻力的增量。

BC 这一张弹道表的例子为一枚30 口径Speer 169 五谷指向的小船尾巴比赛子弹, 与a 480 。它承担视域1.5 英寸在打扰线之上, 和看见调整导致问题的目标和问题的冲击符合("调零") 在200 码:

范围, yds   0  100  200  300  400  500
速度, ft/s   2700  2512  2331  2158  1992 年  1834 年
高度, 英寸   -1.5  2.0  0  -8.4  -24.3  -49.0


这高度信息为同样子弹, 被调零300 码。速度将是相同的:

范围, yds   0  100  200  300  400  500
高度, 英寸   -1.5  4.8  5.6  0  -13.1  -35.0


从这些表它能被看见, 以一种高速度, 非常飞行动力学的子弹, 下落是非常重大的, 并且采摘正确零为目标距离可能相当重要。一位老练的射击者射击一杆高质量步枪能容易地保留射击在一个10 英寸圈子之内在500 码, 因此如果范围然后正确地不估计下落(或上升在零的距离) 之前的子弹可能造成结果在错过在应该容易击中的目标。

影响外在弹道学的其它因素是风和大气密度。风有明显的作用, 推挤子弹对边, 并且头或tailwind 的有些较不明显的作用。headwind 轻微地将增加子弹头的相对速度, 和增加阻力和对应的下落。tailwind 将减少阻力和子弹下落。被减少的气压或高处导致在阻力的减退, 并且增加的气压或低处导致上升在阻力。湿气并且有冲击-- 对面那个多数人民期待。因为水蒸气有密度8 克每公升, 然而干燥的空气平均为大约1.3 克每公升, 更高的湿度实际上减少大气密度, 和减少因此阻力。

直角, 海拔, 射击并且将影响射击的弹道。弹道表为小口径子弹头(被射击从手枪或步枪) 假设, 重力行动几乎垂直对子弹道路。如果角度上升或下来, 垂直加速度实际上然后将是较少。Pathwise 加速度组成部分的作用将是微不足道, 因此射击或愿下坡两结果在在子弹下落的相似的减退。

参见内部弹道学, 包括子弹和发射火箭的行为在它离开桶之前, 并且终端弹道学, 包括子弹行为在冲击用目标。