Занимательная физика на войне - Внуков Владимир Павлович

Рис. 11. В одну секунду проходят…

Однако не следует думать, что достижения здесь беспредельны. Уже сейчас для получения таких громадных скоростей в орудия кладут заряды пороха до 200 кг. Взрыв таких количеств пороха требует громадной прочности стволов, что достигается их утолщением.

Но опыт показал, что тут тоже есть предел, дальше которого утолщение ствола не повышает уже его прочность. Этим пока и ограничены дальнейшие увеличения скоростей полета снарядов, а значит, и дальности их броска.

Мешает ли воздух двигаться

При медленных движениях (пешеход, экипаж) присутствие воздуха почти незаметно, и влияние его на скорость движения тел ничтожно. При всяком же быстром движении (велосипед, поезд, автомобиль, аэроплан) воздух уже заметно тормозит движение, так как вокруг двигающегося тела образуются препятствующие передвижению тел вихри. Вопрос этот приобрел особенно большое значение с развитием авиации, и в настоящее время изучению его уделяют большое внимание ученые всех стран.

Проверить опытом влияние воздуха на движение тел совсем нетрудно. Дайте падать двум одинаковым кускам картона с одной высоты, но в разных положениях: один плашмя, другой ребром. Даже при небольшой высоте заметно будет, что картон ребром упадет скорее, чем плашмя.

Другой пример: бросьте лист бумаги. Далеко ли он упадет? Теперь сожмите лист в комочек и снова бросьте. Он упадет гораздо дальше. Влияние воздуха в обоих опытах очевидно и зависит от площади и формы двигающихся тел.

Насколько все это имеет значение на практике, можно видеть из следующих примеров.

Круглая шрапнельная пуля, брошенная с аэроплана вниз, сначала, как все падающие тела, двигается ускоренно[8], но в некоторый момент своего падения скорость ее перестанет возрастать, и она будет падать равномерно. Это наступит тогда, когда сила тяжести окажется равной силе сопротивления воздуха. Сила тяжести остается во все время падения пули постоянной, а сопротивление воздуха увеличивается с увеличением скорости движения пули. Поэтому настает такой момент, когда силы эти сравняются. В результате, круглая пуля, брошенная с любой высоты, доходит до земли с небольшой сравнительно скоростью и благодаря этому почти безвредна. Ударившись о мягкую шапку, пуля обычно не в состоянии пробить даже ее толщину.

Другое дело, если с аэроплана бросить острую стрелу. Так как стрела легко разрезает воздух, сопротивление его окажется ничтожным, и скорость стрелы у земли может дойти до нескольких сотен метров в секунду. Это делает стрелы, брошенные с аэроплана, очень опасными, так как они способны пробить насквозь десяток дюймовых досок, а попадая в человека, пробивают его от плеча до пятки и зарываются еще в землю на несколько сантиметров. Все сказанное указывает на один из способов борьбы с сопротивлением воздуха. Способ этот заключается в придании двигающимся телам «удобообтекаемой» формы. Опытом установлено, что такой формой при небольших скоростях является форма капли воды (рис. 12).

Рис. 12. Сопротивление воздуха двигающимся в нем телам одинаковой толщины (одного диаметра), но разной формы: А — пластинка; Б — шар; В — тело удобообтекаемой формы. Слева показана величина сопротивления воздуха каждому из этих тел.

Изготавливая все быстродвигающиеся предметы, теперь и стараются придать им удобообтекаемую форму. Кузов автомобиля и аэроплана, очертание пули, аэропланной бомбы и снаряда (рис. 13) — все это имеет особый смысл и предназначено для уменьшения сопротивления воздуха.

Рис. 13. Пули и снаряды раньше и теперь: 1) круглое ядро; 2) старая пуля; 3) современная пуля; 4) современные снаряды; 5) снаряды и пули, предполагаемые к введению в будущем; А — ведущий поясок на снарядах.

Последнее время задумали заострять снаряды и пули не только спереди, но и сзади (см. рис. 13), но к окончательным выводам еще не пришли ввиду сложности вопроса выбрасывания таких снарядов из орудий.

Насколько большое значение имеет всё же сопротивление воздуха для пуль и снарядов, несмотря на заостренную их форму, видно из рис. 14, где показаны линии полета, какие были бы в безвоздушном пространстве и какие получаются в воздухе.

Рис. 14. Как летит острая пуля в воздухе и как летела бы она в пустоте.

В особенности заметно влияние воздуха для легкой сравнительно пули.

Дальность полета ее в воздухе в 22 раза меньше, чем была бы в безвоздушном пространстве! Но и тяжелые снаряды теряют на этом немало, стоит сравнить лишь начальную и конечную скорость полета их: обычно последняя в 3 или 4 раза меньше первой, Значит, не будь воздуха, снаряды летели бы в 3 или 4 раза дальше, чем они летят сейчас.

Кто выше всех поднимался над землей

Одни решат, что аэроплан, другие подумают о птицах, третьи вспомнят воздушный шар. Но все окажутся неправыми. Выше всех поднимаются над землей снаряды.

Вот на рис. 15 показаны предельные достижения подъема над землей человека, птицы и снарядов.

Рис. 15. Кто выше всех поднимался над землей.

Как видите, снаряды забираются много выше всех остальных участников в этом «состязании на высоту».

Зачем же понадобилось забрасывать снаряды так высоко? На это есть, конечно, свои причины.

Во-первых, желая особенно далеко забросить снаряд, приходится, естественно, высоко поднимать его траекторию. А, во-вторых, здесь скрыт секрет «сверхдальней» стрельбы: второй способ борьбы с влиянием воздуха на полет снаряда.

Совершенно очевидно, чем воздух плотнее, тем большее сопротивление оказывает он летящему снаряду. Но, ведь, воздух имеет неодинаковую плотность на разной высоте. Чем выше, тем воздух реже, и на больших высотах плотность воздуха ничтожна. Считают, что на высоте в 17 км воздух имеет плотность в 100 раз меньшую, чем у поверхности земли, а еще выше плотность воздуха такова, что практически с ней можно не считаться и пространство считать безвоздушным.

Вот и подумайте, какую выгоду имеет снаряд, летящий большую часть своего пути в таком редком воздухе. Сопротивление воздуха полету снаряда на этом участке его пути вовсе не будет иметь места, а значит, и скорость его будет оставаться почти постоянной. В результате это приводит к дальностям стрельбы более 100 километров.

Что это не мечта, а действительность, доказывает обстрел немцами Парижа в мировую войну.

Волчок и пуля

Поставьте любой волчок на пол, и он тотчас упадет. А если волчок быстро вращается, он прочно стоит не только на плоскости но и на бечевке, на краю стакана и т. п. (рис. 16).

Рис. 16. Особый волчок — гироскоп. Благодаря быстрому вращению сохраняет устойчивость в любом положении.

Последнее возможно, правда, не для всякого волчка, а лишь для имеющих особое устройство; их называют «гироскоп».

Факт устойчивости волчка, благодаря вращению, явление не только интересное, но и полезное. Благодаря большим тяжелым гироскопам возможна однорельсовая железная дорога, вагоны которой сохраняют полную устойчивость, несмотря на наличие лишь двух колес. Гироскопы позволяют на аэропланах в любой момент узнать наклон свой к горизонту. Гироскопы находят себе все большее и большее применение в технике.