La
spiegazione dei fenomeni connessi con il funzionamento delle armi da fuoco
presuppone una serie di conoscenze nel campo della fisica e della chimica;
l’applicazione di questi principi consente di costruire un modello teorico
del fenomeno studiato e di sintetizzarlo mediante formule matematiche. I modelli
vengono poi utilizzati a fini essenzialmente pratici, ad esempio per semplificare
la produzione, oppure per migliorare le prestazioni; il lavoro di analisi
non è, dunque, uno sterile esercizio, ma è un fertile campo per le successive
applicazioni pratiche. Sulle riviste specializzate, tuttavia, difficilmente
viene alla luce il lavoro del "modellista"; per ovvi motivi di mercato,
generalmente viene dato il massimo risalto ad argomenti più appetibili da
parte del lettore medio, rinviando ad apposite rubriche gli argomenti più
indigesti. Stando così le cose, andiamo ad esaminare il funzionamento dei
compensatori, con un occhio alla realtà fisica del fenomeno e con l’altro
alle applicazioni pratiche del dispositivo. Il compensatore appartiene ad
una grande famiglia di accessori (come il silenziatore, il freno di bocca,
il soppressore di vampa, il rinforzatore di rinculo, il ricuperatore di gas
etc.), che sfruttano a vari fini l'efflusso dei gas combusti attraverso la
volata dell’arma dopo l’espulsione del proiettile, dirigendo o regolando
in modo opportuno il getto gassoso. Questo esercita, sulla parete che lo contiene,
una spinta orientata in verso opposto al moto della corrente; responsabile
degli effetti fluidodinamici è il contenuto energetico dei gas stessi cui
competono valori di temperatura e pressione ancora relativamente elevati;
nel caso del compensatore, il getto dei gas combusti viene opportunamente
deviato, in modo tale da compensare l’impennamento dell’arma dovuto
al rinculo. A causa di quest’ultimo, l’arma arretra e ruota intorno
al baricentro; poiché essa inizia a rinculare mentre il proiettile è ancora
nella parte del compensatore, tutto ciò provoca molte volte, all’atto
del superamento della volata, una deviazione del proiettile stesso dalla direzione
originaria. Ma torniamo al rinculo, per le armi corte l’impennamento
è rivolto verso l’alto, mentre per alcune armi lunghe esso può essere
rivolto verso il basso. Nei revolver, nelle semiautomatiche in generale in
tutte quelle armi in cui le forze dovute alla pressione dei gas si scaricano
direttamente attraverso gli organi di chiusura, sul fusto o sul castello,
l’impennamento è dovuto direttamente al moto di rinculo del carrello.
I sovietici, molto sbrigativamente, hanno risolto i problema del rinculo,
su alcune armi da guerra, realizzando un compensatore particolarmente semplice:
affettando la canna come un salame in corrispondenza della volata;
in tal modo i gas sfogano verso l’alto mentre il proiettile resta ancora
guidato dalla canna fino a metà circa dello sviluppo della sezione ellittica
così ottenuta. Tale soluzione ha il pregio della semplicità (e si addice pertanto
ad armi rustiche e affidabili quali debbono essere i fucili d’assalto),
ma presenta l’indesiderato effetto di una vistosa vampa di bocca (comune,
del resto, sebbene in misura minore, anche ad altri tipi di compensatore). 
Per ovviare a tale inconveniente, i tipi più sofisticati prevedono invece
una serie di camere di espansione successive, disposte di seguito alla volata
e provviste di finestre di forma opportuna preposte allo sfogo dei gas, oppure
una numerosa serie di fori disposti in senso radiale, che fungono anche da
spegni fiamma frazionando il flusso di gas in una miriade di micro-getti.
Altra forma frequente è quella rappresentata da una serie di fori circolari
praticati direttamente sulla porzione terminale della canna, in prossimità
della volata. Circa la validità del dispositivo, si può intuitivamente
osservare che l’efficacia del getto è condizionata da una circostanza
ben precisa; lo svuotamento della canna deve risultare pressoché completo
prima che il proiettile abbandoni il compensatore, in modo da sfruttare al
massimo l’energia del getto stesso durante l’efflusso in senso trasversale.
Se così non fosse, l’efflusso dei gas si svolgerebbe prevalentemente
attraverso la volata del compensatore, mentre la reazione trasversale risulterebbe
ridotta; a questo proposito i risultati sarebbero ottimali se si riuscisse
a chiudere in qualche modo la volata dopo il passaggio del proiettile. Il
dimensionamento del dispositivo impone quindi la determinazione di alcune
grandezze caratteristiche che condizionano lo svolgimento del fenomeno; anche
in questo caso conviene introdurre delle opportune approssimazioni. Si può
condurre, allora, un’analisi semplificata dello svuotamento della canna,
schematizzando il sistema come un serbatoio il cui volume e la cui luce di
scarico coincidono linearmente con l’avanzamento del proiettile; ciò
significa ipotizzare una velocità costante del proiettile durante l’attraversamento
del compensatore. Si ammette, cioè, che il dispositivo non abbia alcuna influenza
sulla velocità del proiettile (mentre in realtà, verificandosi nella camera
una ulteriore espansione dei gas, si registra una modesta accelerazione supplementare,
presente anche in assenza del compensatore per la semplice espansione dei
gas nell’atmosfera). L’analisi semplificata, innanzitutto, permette
di individuare un tempo caratteristico, entro il quale il fenomeno dello svuotamento
della canna può considerarsi valido; esso rimane sostanzialmente invariato
sia in assenza che in presenza del compensatore e dipende dal rapporto tra
la lunghezza della canna e la velocità del suono nei gas conosciuti (a sua
volta dipendente dalla temperatura degli stessi gas). Nota la temperatura
assoluta di combustione del propellente, la temperatura finale dei gas dipende
allora, nel caso ideale, solo dalla lunghezza della canna (o, meglio, dal
suo volume); in definitiva, a parità di ogni altra condizione, il tempo di
svuotamento della canna dipende solo dalla sua lunghezza. Il tempo di attraversamento
dei compensatore dipende invece, a sua volta, dal rapporto tra la lunghezza
del dispositivo e la velocità finale del proiettile (considerata, per semplicità,
costante); a questo punto basta assegnare al compensatore una lunghezza tale
da assicurare lo svuotamento della canna prima che il proiettile concluda
il percorso all’interno del dispositivo, in modo che i due tempi caratteristici
risultino almeno uguali, cioè che al momento in cui l'arma inizia il suo rinculo
(benchè minimo o smorzato) il proiettile si trovi proprio al limite esterno
del compensatore insomma, lo stia ormai lasciando. Circa la forma delle finestre
di sfiato, ovviamente, l’analisi semplificata non può dire nulla; la
realizzazione pratica di tali aperture deve comunque provvedere al corretto
orientamento dei getti, arrecando il minimo disturbo possibile al transito
del proiettile. Cerchiamo ora di precisare meglio l’effetto del compensatore.
Lo svuotamento della canna provoca due impulsi; quello principale ha senso
assiale, ed è dovuto al flusso dei gas che attraversano la volata della canna;
quello secondario ha senso trasversale, ed è dovuto al flusso dei gas che
attraversano le finestre del compensatore. Il rapporto tra l’impulso
trasversale e quello assiale dipende dai rapporti tra il calibro e la lunghezza
della canna, tra le masse della carica di lancio e del proiettile, tra i volumi
della canna e della camera di combustione. Gli impulsi sono entrambi proporzionali
alla massa dei gas combusti (pari alla massa della carica di lancio); inoltre
il primo è proporzionale alla velocità del suono nei gas combusti, mentre
il secondo è proporzionale alla velocità del proiettile. Entrambi agiscono
con un certo braccio rispetto al baricentro dell’arma e sono suscettibili
di provocare (in versi opposti) la rotazione dell’arma rispetto al suo
baricentro; la condizione di equilibrio è pertanto rappresentata dall’uguaglianza
dei due momenti angolari, ossia dei prodotti tra gli impulsi e i rispettivi
bracci rispetto a tale punto. L’effetto del compensatore, allora, risulta
tanto più sensibile quanto più vicino al baricentro risulta l’asse della
canna e quanto più lontano da questo risulta applicato il dispositivo. Poiché
sulla posizione del baricentro dell’arma non è possibile intervenire
se non modificando la calciatura, o applicando dei contrappesi alla canna
(che tra l’altro contribuiscono ad incrementare il momento d’inerzia
dell’intera arma e a ridurne le accelerazioni angolari nel moto di rinculo),
ne consegue che, ferma restando la lunghezza della canna, l’unica maniera
per garantire la riduzione dell’impennamento è quella di assicurare il
corretto dimensionamento del compensatore (che spesso funge anche da contrappeso,
pur non essendo questa condizione strettamente indispensabile). Per non appesantire
troppo l’arma, il compensatore è spesso realizzato in lega leggera, visto
e considerato che i compensatori e freni di bocca sono oggi sempre più comuni.
Li si trova anche in edizione "integrale" realizzata dal fabbricante
dell’arma, come ad esempio avviene su alcuni sovrapposti da tiro Beretta
e Browning o su revolver di vario tipo tra i quali i Taurus. Considerato
che l’effetto dinamico del flusso gassoso prescinde completamente da
quello, strettamente inerziale, del contrappeso, pur potendo i due effetti
essere considerati complementari. Passiamo infine ad alcuni esempi, relativi
al munizionamento NATO 9x19, 7.62x51, 5.56x45; per inciso, il rapporto tra
la lunghezza minima del compensatore e la lunghezza della canna risulta dipendere
dal rapporto tra la velocità finale del proiettile e la velocità di efflusso
dei gas. Questo, a sua volta, dipende dai rapporti tra le masse della carica
di lancio e del proiettile e tra i volumi della canna e della camera di combustione.
Nelle armi che sparano tali cartucce la pressione di bocca (e quindi la temperatura
finale dei gas combusti e la velocità del suono nel fluido) cresce passando
dall’una alle altre, giacché cresce il rapporto tra le masse della carica
di lancio e del proiettile; tale circostanza comporta un conseguente incremento
della velocità di efflusso assiale. E interessante allora notare che, al ridursi
del calibro e al crescere della lunghezza (espressa in calibri) della canna
e della velocità del proiettile, la lunghezza minima del compensatore cresce
e cresce anche il suo rapporto con quella della canna stessa, giacché la velocità
di efflusso i cresce meno di quanto cresce la velocità del proiettile. Per
ovvie ragioni di ingombro, la lunghezza del compensatore deve essere allora
contenuta in modo da raggiungere un ragionevole compromesso tra prestazioni
e dimensioni complessive. Per concludere, un’ultima osservazione. Spesso
il compensatore, grazie ad una opportuna conformazione, funge anche da freno
di bocca; poiché l’impulso dovuto all’efflusso assiale dei gas è
rivolto in senso contrario al moto dei gas stessi (e se il getto fuoriesce
direttamente dalla volata si registra una spinta in culatta), esso tutt’al
più può essere neutralizzato deviando i gas verso la culatta, in modo da esercitare
una spinta in verso opposto su opportune appendici della volata, cioè indirizzando
i gas verso il tiratore, l'effetto razzo che se ne produce tira l'arma verso
la direzione del tiro. A meno che non si riesca a sigillare completamente
la canna dopo la fuoriuscita del proiettile e a deviare completamente i gas
in verso opposto, nulla o poco può, dunque, il freno di bocca contro il moto
di rinculo principale già acquisito, dovuto invece all’uguaglianza tra
la quantità di moto del proiettile e quella della massa rinculante.
