thumb|Retroceso de un revólver Smith & Wesson Modelo 500. El retroceso (a menudo llamado también contragolpe o simplemente patada) de un arma es la fuerza hacia atrás que se genera cuando se dispara la misma. En términos técnicos, el retroceso es el resultado de la conservación del impulso, ya que según la tercera ley de Newton, la fuerza requerida para acelerar algo evocará una fuerza reaccional igual pero opuesta, lo que significa que el impulso hacia adelante ganado por el proyectil y los gases de escape se equilibrarán matemáticamente con un impulso igual y opuesto ejercido sobre el arma.
Concepto Cualquier sistema de lanzamiento (arma o no) genera retroceso. Sin embargo, el retroceso sólo constituye un problema en el ámbito de la artillería y las armas de fuego debido a la magnitud de las fuerzas en juego. Las presiones en la recámara del arma y las fuerzas de aceleración del proyectil son tremendas, del orden de decenas a cientos de megapascales y decenas de miles de veces la aceleración de la gravedad (g), ambas necesarias para lanzar el proyectil a una velocidad útil durante un tiempo muy corto. (normalmente sólo unos pocos milisegundos) viaja dentro del cañón. Mientras tanto, las mismas presiones que actúan sobre la base del proyectil actúan en la cara trasera de la recámara del arma, acelerando el arma hacia atrás durante el disparo con la misma fuerza con la que acelera el proyectil hacia adelante.
Esto mueve el arma hacia atrás y genera el impulso de retroceso. Este impulso de retroceso es el producto de la masa y la aceleración del proyectil y los gases propulsores combinados, al revés: el proyectil avanza, el retroceso es hacia atrás. Cuanto más pesado y rápido sea el proyectil, mayor retroceso se generará. El arma adquiere una velocidad hacia atrás que es la relación entre este impulso y la masa del arma: cuanto más pesado es el arma, más lenta es la velocidad hacia atrás. Como ejemplo, una bala de 8 g (124 gr) de Parabellum de 9×19 mm que vuela hacia adelante a una velocidad de salida de 350 m/s genera un impulso para empujar una pistola de 0,8 kg que la dispara a 3,5 m/s hacia atrás, si el tirador no tiene oposición.
Contrarrestar el retroceso Para detener el cañón que se mueve hacia atrás, el impulso adquirido por el arma se disipa mediante una fuerza de contrarretroceso que actúa hacia adelante y se aplica al arma durante un período de tiempo durante y después de que el proyectil sale de la boca. En armas pequeñas de mano, el tirador aplicará esta fuerza utilizando su propio cuerpo, lo que dará como resultado un impulso notable comúnmente conocido como "patada". En armas montadas más pesadas, como ametralladoras pesadas o piezas de artillería, el impulso de retroceso se transfiere a través de la plataforma sobre la que está montada el arma. Los soportes prácticos para armas de peso generalmente no son lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas máximas que aceleran el arma durante el corto tiempo que el proyectil está en el cañón. Para mitigar estas grandes fuerzas de retroceso, los mecanismos de amortiguación del retroceso distribuyen la fuerza de contrarretroceso durante un tiempo más largo, normalmente entre diez y cien veces más que la duración de las fuerzas que aceleran el proyectil. Esto da como resultado que la fuerza de contrarretroceso requerida sea proporcionalmente menor y fácilmente absorbida por el soporte del arma.
Para aplicar esta fuerza de contrarretroceso, los cañones montados modernos pueden emplear un amortiguador de retroceso que comprende resortes y mecanismos de retroceso hidráulicos, similares a la suspensión amortiguadora de los automóviles. Los primeros cañones usaban sistemas de cuerdas junto con fricción de rodadura o deslizamiento para proporcionar fuerzas para frenar el cañón que retrocedía hasta detenerse. La amortiguación de retroceso permite reducir la fuerza máxima de contrarretroceso para no exceder las limitaciones de fuerza del soporte del arma.
Aporte de gases propulsores Los cañones modernos también emplean frenos de boca de manera muy efectiva para redirigir algunos de los gases propulsores hacia atrás después de la salida del proyectil. Esto proporciona una fuerza de contrarretroceso al cañón, lo que permite que el sistema de amortiguación y el soporte del arma se diseñen de manera más eficiente con un peso aún menor.
Los gases propulsores se aprovechan aún más en las armas sin retroceso, donde gran parte del gas a alta presión que queda en el cañón después de la salida del proyectil se ventila hacia atrás a través de una boquilla en la parte posterior de la recámara, creando una gran fuerza de contrarretroceso suficiente para eliminar la necesidad de amortiguadores de retroceso pesados que mitigan en la montura (aunque a costa de una velocidad de salida reducida del proyectil).
Armas de mano Los mismos principios físicos que afectan el retroceso de las armas montadas también se aplican a las armas de mano. Sin embargo, el cuerpo del tirador asume el papel de soporte del arma y debe disipar de manera similar el impulso de retroceso del arma durante un período de tiempo más largo que el tiempo de viaje de la bala en el cañón, para no herir al tirador. Las manos, los brazos y los hombros tienen para ello una fuerza y elasticidad considerables, hasta ciertos límites prácticos. Sin embargo, los límites de retroceso "percibidos" varían de un tirador a otro, dependiendo del tamaño del cuerpo, el uso de acolchado de retroceso, la tolerancia individual al dolor, el peso del arma de fuego y si se emplean sistemas amortiguadores de retroceso y dispositivos de boca (freno de boca o supresor). Por esta razón, establecer estándares de seguridad contra el retroceso de las armas pequeñas sigue siendo un desafío, a pesar de la sencilla física involucrada.
Física: momento, energía e impulso. Hay dos leyes de conservación que actúan cuando se dispara un arma: conservación del impulso y conservación de la energía. El retroceso se explica por la ley de conservación del impulso, por lo que es más fácil analizarlo por separado de la energía.
El momento es simplemente masa multiplicada por la velocidad. La velocidad es la velocidad en una dirección particular (no solo la velocidad). En un sentido muy técnico, la velocidad es un escalar (matemáticas): una magnitud; mientras que la velocidad es un vector (física): magnitud y dirección. El momento es conservador: cualquier cambio en el momento de un objeto requiere un cambio igual y opuesto de algunos otros objetos. De ahí el retroceso: impartir impulso al proyectil requiere impartir impulso opuesto al arma.
Un cambio en el impulso de una masa requiere la aplicación de una fuerza (estas son las leyes del movimiento de Newton). En un arma de fuego, las fuerzas cambian enormemente, por lo que lo que importa es el impulso: el cambio de impulso es igual al impulso. El rápido cambio de velocidad (aceleración) del arma es un shock y será contrarrestado como si fuera un amortiguador.
Impulso Si se tienen en cuenta todas las masas y velocidades involucradas, la suma vectorial, magnitud y dirección del momento de todos los cuerpos involucrados no cambia; es decir, se conserva el impulso del sistema. Esta conservación del impulso es la razón por la que el retroceso del arma ocurre en la dirección opuesta a la proyección de la bala: la masa multiplicada por la velocidad del proyectil (gas incluido) en la dirección positiva es igual a la masa multiplicada por la velocidad del arma en la dirección negativa. En resumen, el impulso total del sistema (munición, arma y tirador/plataforma de tiro) es igual a cero tal como lo era antes de apretar el gatillo.
Por lo tanto, desde una perspectiva práctica de ingeniería, mediante la aplicación matemática de la conservación del impulso, es posible calcular una primera aproximación del impulso de retroceso y la energía cinética de un arma simplemente basándose en estimaciones de la velocidad (y la masa) del proyectil que sale del cañón. Y luego diseñar adecuadamente sistemas de amortiguación de retroceso para disipar de forma segura ese impulso y energía. Para confirmar los cálculos y estimaciones analíticos, una vez que se fabrica un prototipo de arma, la energía de retroceso y el impulso del proyectil y del arma se pueden medir directamente utilizando un péndulo balístico y un cronógrafo balístico.
La naturaleza del proceso de retroceso está determinada por la fuerza de los gases en expansión en el cañón sobre el arma (fuerza de retroceso), que es igual y opuesta a la fuerza sobre la eyección. También está determinado por la fuerza de contrarretroceso aplicada al arma (por ejemplo, la mano o el hombro del operador, o una montura). La fuerza de retroceso sólo actúa durante el tiempo que los eyectados aún están en el cañón del arma. La fuerza de contrarretroceso generalmente se aplica durante un período de tiempo más largo y agrega un impulso hacia adelante al arma igual al impulso hacia atrás proporcionado por la fuerza de retroceso, para detener el arma. Hay dos casos especiales de fuerza de contrarretroceso: retroceso libre, en el que la duración de la fuerza de contrarretroceso es mucho mayor que la duración de la fuerza de retroceso, y retroceso cero, en el que la fuerza de contraretroceso coincide la fuerza de retroceso en magnitud y duración. Excepto en el caso de retroceso cero, la fuerza de contrarretroceso es menor que la fuerza de retroceso pero dura más tiempo. Dado que la fuerza de retroceso y la fuerza de contrarretroceso no coinciden, el arma se moverá hacia atrás, disminuyendo la velocidad hasta que se detenga. En el caso de retroceso cero, las dos fuerzas coinciden y el arma no se moverá cuando se dispare.
En la mayoría de los casos, un arma está muy cerca de una condición de retroceso libre, ya que el proceso de retroceso generalmente dura mucho más que el tiempo necesario para mover la eyección por el cañón. Un ejemplo de retroceso casi nulo sería un arma firmemente sujeta a una mesa masiva o bien anclada, o sostenida por detrás por una pared masiva. Sin embargo, el empleo de sistemas de retroceso cero a menudo no es práctico ni seguro para la estructura del arma, ya que el impulso de retroceso debe absorberse directamente a través de la distancia muy pequeña de deformación elástica de los materiales de los que están hechos el arma y el soporte, quizás superando su límites de fuerza. Por ejemplo, colocar la culata de una pistola de gran calibre directamente contra una pared y apretar el gatillo corre el riesgo de agrietar tanto la culata como la superficie de la pared.
El retroceso de un arma de fuego, ya sea grande o pequeña, es resultado de la ley de conservación del impulso. Suponiendo que el arma de fuego y el proyectil están en reposo antes de disparar, su impulso total es cero. Suponiendo una condición de retroceso casi libre y despreciando los gases expulsados del cañón (una primera estimación aceptable), inmediatamente después del disparo, la conservación del impulso requiere que el impulso total del arma de fuego y del proyectil sea el mismo que antes, es decir, cero. Expresando esto matemáticamente:
donde es el impulso del arma de fuego y es el impulso del proyectil. En otras palabras, inmediatamente después del disparo, el impulso del arma de fuego es igual y opuesto al impulso del proyectil.
Dado que el momento de un cuerpo se define como su masa multiplicada por su velocidad, podemos reescribir la ecuación anterior como:donde: es la masa del arma de fuego es la velocidad del arma de fuego inmediatamente luego de disparar es la masa del proyectil es la velocidad del proyectil inmediatamente luego de disparar Una fuerza integrada durante el período de tiempo durante el cual actúa producirá el impulso suministrado por esa fuerza. La fuerza de contrarretroceso debe proporcionar suficiente impulso al arma de fuego para detenerla. Esto significa que:
donde: