Занимательная физика на войне - Внуков Владимир Павлович

Как видите, здесь звук не успел предупредить об опасности. Для нашей легкой 76-миллиметровой пушки это вполне естественно. Начальная скорость полета снаряда ее равна 580 метрам в секунду. На расстоянии в 1 км скорость снаряда ее ок. 420 метров в сек. и на 2 км скорость его все еще ок. 340 метров в сек.

А скорость звука, как известно, близка к 330 метрам в сек.

Ясно, что при этих условиях снаряд перегоняет звук выстрела.

Задача: Снаряд 76-миллиметровой пушки в секунду теряет скорость на 50 метров. Перегонит ли снаряд звук выстрела, если время полета его 4,5 и 6 секунд? Высчитать, какая при этом будет дальность полета для каждого случая.

Пулям почет и уваженье

Кому приходилось бывать в бою, тот хорошо знает, с каким почтеньем относятся все к пулям. Редко, редко кто не поклонится каждой летящей пуле. И не то чтобы думали укрыться этим поклоном. Ведь, не обязательно же пуля летит над головой! Другой знает отлично, что поклон не имеет никакого смысла, а, смотришь, все же, инстинктивно наклонит голову.

— Спасибо, мол, что пролетела, голубушка.

Но почему же не имеет смысла?

Наклоняясь, мы уменьшаем свой рост, а значит, и площадь попадания делаем меньше. Быть может, хоть от одной пули избавимся таким путем? К сожалению, это не так.

Тут опять надо рассчитать: какова скорость полета пули по сравнению со скоростью распространения звука. Если звук обгоняет пулю, поклон имеет смысл, а если пуля перегоняет звук, ясно, что кланяемся мы пролетевшей уже пуле.

Рассчитать не трудно.

Начальная скорость полета пули нашей винтовки (обр. 1891 г.) 880 метров в секунду. В конце первой секунды на расстоянии, примерно, в 640 метров скорость ее около 500 метров в секунду. В конце 2-й секунды полета, на расстоянии ок. 900 метров, скорость ее близка к 350 метрам в секунду. И только лишь в конце 4-й секунды, на расстоянии в 1500 метров, скорость пули меньше скорости звука и равна, примерно, 250 метрам в секунду.

А так как из винтовки вообще редко стреляют дальше километра[28], то, очевидно, в громадном большинстве случаев бывает слышен свист пролетевшей уже пули.

Надо заметить, что к пулеметам это не относится, так как они стреляют нередко на 2 и 3 километра, когда звук перегоняет пулю. Но и тут вряд ли успеешь уклониться от нее. Слишком мал промежуток времени, отделяющий звук от пули. Да и различить, куда летит пуля, совершенно немыслимо. Уклонишься, смотришь — как раз не в ту сторону… Вывод таков, что от пули поклоном не отделаешься.

От нее надо уметь укрываться иначе и прежде всего своей невидимостью.

Откуда стреляет орудие

Такой вопрос очень часто приходится задавать на войне. Зная, где стоит неприятельское орудие, можно заставить его «замолчать» своим обстрелом. А это значит, что можно выручить свои войска, страдающие от обстрела орудия врага.

Раньше, когда действительность огня из огнестрельного оружия была не так велика, орудия ставили открыто, чтобы видеть, куда стрелять. Теперь на это идут лишь в исключительных случаях. Нормально же орудия ставят укрыто: за горкой, за лесом, в складках местности и т. п. Поэтому увидеть стреляющее орудие почти никогда не удается. Правда, на помощь войскам здесь идет авиация, но и от нее при умении можно хорошо укрыться «маскировкой»[29] сверху.

В таком случае на выручку приходит звук, который для стреляющего орудия является предателем.

Как же узнать по звуку место стояния стреляющего орудия?

Теперь известно немало способов решения этой задачи, и часть этих способов дает весьма точный результат. Мы рассмотрим лишь простейший прием.

Самый простой способ, зная направление, откуда стреляет орудие, определить по звуку расстояние до него. Для этого необходимо, очевидно, видеть и слышать выстрелы из орудия. Видеть их можно ночью по вспышке, которая, подобно зарнице, освещает небо над стреляющим орудием, или днем по облаку пыли, поднимаемому воздухом при выстреле. Слышать выстрел почти всегда можно, за исключением случаев, когда стреляет так много орудий сразу, что невозможно определить, какой звук к какому из орудий относится.

Задача решается просто. Свет распространяется в пределах земли мгновенно, звук же сравнительно медленно. Если знать, через сколько секунд слышен звук выстрела после того, как был виден этот выстрел, то можно быстро вычислить расстояние до орудия.

Положим, между вспышкой выстрела и звуком его прошло для наблюдателя 4 секунды. В одну секунду звук проходит 330 метров, значит, в 4 секунды он пройдет 1320 метров. Очевидно, стреляющее орудие удалено от наблюдателя на 1320 метров[30].

Как видим, все дело сводится к определению времени между вспышкой и звуком выстрела. Кроме известного всем «секундомера», который дорог и часто портится в условиях войны, иногда применяют с этой целью особый «звуковой дальномер» (рис. 24).

Рис. 24. Звуковой дальномер.

В небольшой стеклянной трубке, наполненной бензином, помещен указатель, почти плотно прилегающий к стенкам трубки. Если трубку поставить вертикально, указатель медленно падает. Деления на трубке рассчитаны так, что сразу показывают расстояние до стреляющего орудия, если трубка стояла вертикально в промежуток времени между вспышкой и звуком выстрела. Однако ни при каких приборах этим способом точно места стояния орудия не определишь, в особенности, если не принимать во внимание различной скорости звука при различной плотности воздуха.

До сих пор мы говорили, что звук распространяется в воздухе со скоростью около 330 метров в секунду. В действительности это справедливо лишь для сухого воздуха при температуре 0°. При температуре же—30° скорость звука в сухом воздухе уже 313 метров в сек., а при +30° — 349 м в секунду. Разница, как видим, не такая уж малая. Усиление влажности ускоряет распространение звука, всякое уплотнение воздуха (повышение давления, уменьшение температуры, уменьшение влажности) уменьшает скорость его распространения. Если желают получить более точный результат, пользуются особыми таблицами скорости распространения звука при различных условиях.

Задачи: 1) Наблюдатель слышит звук выстрела орудия через 7 сек. после его вспышки. Скорость звука в этот момент по таблицам равна 345 метрам в сек. Как далеко стоит орудие от наблюдателя?

2) Два наблюдателя видят вспышки орудия и замечают, что звук выстрела дошел до первого через 3 сек., а до второго через 10 сек. Где стоит орудие, если скорость звука равна 320 м в секунду, а наблюдатели удалены друг от друга на 640 метров?

Побежденная темнота

Днем воздушный враг (аэростат, аэроплан) обычно виден с земли. Виден, значит, уж не так опасен: можно с ним бороться обстрелом, можно от него укрыться. Ночью же увидеть врага в небе гораздо труднее. Правда, мы научились ночь превращать в день и умеем прожекторами[31] освещать пространство на большие расстояния. Но луч прожектора узок, поэтому разыскивать маленький самолет в беспредельном небе очень трудно. Невидим бывает воздушный корабль и днем в тех случаях, когда он летит над облаками.

Вот тут-то на помощь опять приходит звук. Шум моторов и в особенности звук, вызванный вращением пропеллера, бывает слышен на несколько километров. А по звуку, оказывается, можно довольно точно определить не только направление, но иногда даже и местонахождение воздушного корабля.

Приборы для осуществления этого бывают двух основных типов: 1) основанные на восприятии звуков двумя ушами и 2) действующие по принципу вогнутых зеркал.