Занимательная физика на войне

Для этого ствол кладут на особые «салазки» и связывают его с гидравлическим [5] тормозом, а станок неподвижно укрепляют на земле с помощью «сошника» (большая лопата). Гидравлический тормоз состоит из стального цилиндра (см. рис. 5), наполненного жидкостью (масло или глицерин с водой), внутри которого находится поршень с узкими отверстиями.

Рис 5. Схема гидравлического тормоза: 1) ствол; 2) цилиндр тормоза; 3) поршень с каналами для прохода масла.

Обычно вместе со стволом при откате двигается цилиндр тормоза, поршень же скреплен с неподвижной частью станка и поэтому остается на месте. Сжатая откатом жидкость с громадной скоростью пробрызгивается сквозь узкие отверстия поршня и трением своим тормозит откат.

Накатывают ствол автоматически, силою пружин или сжатого воздуха.

Так как взятая нами выше для примера гаубица имеет именно такое устройство, решение задачи на скорость отката ее требует иного подхода. Откатывающийся ствол этого орудия весит 426 кг, значит, скорость его отката, примерно, в 3 раза больше, чем вычисленная нами для всего орудия, а именно 18,6 метра в секунду. Это быстрее скаковой лошади и близко к скорости пассажирского поезда. Очевидно, тормоз тут должен быть прочный и надежный, иначе ствол полетит назад с такой силой, что поломает все орудие и искалечит обслуживающих его людей. Случаи срыва стволов при выстреле бывали и всегда заканчивались катастрофой.

Пушки без отката

Мы видели, что сила отдачи у артиллерийских орудий весьма значительна. Удержать орудие на месте невозможно, а чтобы удержать станок орудия, нужны тормозы и врытый в землю сошник.

Ну, а как же быть на воздушном корабле? Ведь, там сошник врыть некуда, да и корабль так неустойчив, что может перевернуться при выстреле. Отдача делает невозможным вооружение воздушных кораблей пушками. Но так как на войне очень важно было бы поставить на аэроплане орудие, явился ряд проектов пушек без отката.

На первый взгляд задача кажется нерешимой. Как можно избавиться от отката, раз отдача — неизбежное явление при выстреле? Оказывается, можно избавиться не только от отката, но и от отдачи.

Один из таких остроумных проектов осуществлен на практике [6].

Изобретатель решил вопрос очень просто. Пушка его (рис. 6) стреляет сразу в две стороны!

Рис. 6. Общий вид пушки без отката; 1) ствол для боевого снаряда; 2) ствол для фальшивого снаряда. Пушка открыта для заряжания.

У пушки как бы два ствола, составляющиеся вместе. В каждый из них вкладывают снаряд и заряд; но так как заряды соприкасаются, можно считать их за один. При выстреле пороховые газы выбрасывают оба снаряда, и, значит, естественно, отдачи нет. Чтобы второй снаряд не причинил вреда своим войскам его делают из мелкой дроби, спрессованной, вязкой массой (вазелин). Немедленно по вылете из канала ствола этот «фальшивый» снаряд разлетается (распыляется). Очевидно, на воздушном корабле установка такого орудия вполне возможна (рис. 7).

Рис. 7. Пушка без отката на аэроплане. Поверх ствола пушки прикреплен пулемет.

Неудобства ее лишь в большом сравнительно весе зарядов и снарядов, которых нужно иметь двойное количество (фальшивые снаряды имеют тот же вес, что и настоящие). Зато общий вес пушки чрезвычайно мал по сравнению с обычными орудиями на станках с противооткатными приспособлениями.

Кто дальше бросит камень

Пробовали ли вы бросать камни или литой мяч для лапты? Если пробовали, то наверное заметили, что один раз камень (мяч) летит дальше, а другой раз ближе. Также заметили вы, вероятно, что некоторые из ваших друзей бросают почти всегда дальше вас, а другие ближе. Отчего это зависит? В чем секрет уменья бросать камни дальше других? На этот вопрос физика дает исчерпывающий ответ. Вот на рис. 8 показано, как летит камень.

Рис. 8. Искусство бросать камни: полет камня в безвоздушном пространстве при скорости броска 50 м в секунду.

Вы видите, что он описывает в воздухе дугу, которую, как и всякую линию движения тела, называют «траекторией». Если бы не было силы тяжести, т. е. камень не притягивался бы к земле, он полетел бы прямо по направлению броска. Но так как камень все время притягивается к земле, он не только летит вперед, но одновременно падает. Скорость его падения всегда одинакова и не зависит ни от уменья бросать, ни от веса камня. В первую секунду камень, падая, опустится вниз на 5 метров [7], во вторую секунду еще на 15 метров, в третью еще на 25 м и т. д. Значит, за первую секунду полета камень «упадет» на 5 метров, за вторую секунду на 20 метров (5+15), за третью — на 45 метров (20 + 25) и т. д. (см. рис. 8). Вот теперь и сравним, как далеко упадут камни, брошенные с разной силой и под разными углами к горизонту. Если сила броска будет больше, то, значит, и скорость, с какой он будет двигаться, также окажется больше. Влияние воздуха на летящий камень мы пока в расчет не будем принимать. Из. рисунков 8 и 9 ясно видно, что быстрее летящий камень, пролетая каждую секунду большее расстояние, упадет дальше, чем брошенный под тем же углом, но с меньшей скоростью.

Рис. 9. Полет камня в безвоздушном пространстве при скорости 25 м в секунду.

А теперь положим, что камни брошены с равной, скоростью, но под разными углами к горизонту (рис. 10).

Рис. 10. Полет камня в безвоздушном пространстве при различных углах бросания.

Тут, очевидно, дело не так просто. Камень, брошенный прямо вверх, т. е. под углом 90°, упадет на то же место, значит, дальность его полета — ноль. Камни, брошенные близко к этому углу, очевидно, далеко не полетят. Выходит, что есть какой-то угол бросания — больше 0°, но меньше 90°. Опыт и теория показывают, что таким углом в безвоздушном пространстве является угол, равный 45°. В воздухе наивыгоднейший угол броска получается несколько меньше, ок. 42–43°.

Итак, дальше упадет тот камень, который брошен с большей силой (а значит, и с большей скоростью) и направление броска которого ближе к 42–43°.

Проверьте это в поле, подобрав камни равного веса и, примерно, одинаковой формы, и вы убедитесь в правильности этого вывода. Это же правило вполне применимо к пулям и снарядам. Поэтому, чтобы дальше бросить пулю или снаряд, стараются сообщить им побольше начальную скорость, что достигается увеличением заряда пороха. Увеличивают также и угол бросания, но здесь чисто военные причины заставляют часто отказываться от наивыгоднейшего угла. Для примера отметим хотя бы необходимость пробить вертикальную стенку. Если снаряд будет брошен под большим углом, он упадет сверху и стенку не пробьет. А если его бросить «настильно», т. е. под малым углом, то при достаточной силе удара стенка окажется пробитой.

Интересно отметить, каких пределов достигла здесь военная техника. Очевидно, наивыгоднейший угол бросания изменить нельзя, поэтому тут как раньше, так и теперь у дальнобойных орудий, в зависимости от назначения их, стремятся лишь приблизиться к этому углу наклона. Что же касается силы броска, от которой зависит скорость полета снарядов, то с каждым годом техника дает нам новые достижения в этой области. Двадцать лет тому назад скорость полета снарядов не превышала 800 метров в секунду. Теперь же ряд орудий дает начальную скорость снарядов значительно больше 1 000 метров в секунду, и у некоторых образцов она достигает 1 500—1 700 метров в секунду! Чтобы понять как велики эти скорости, сравним их со скоростями других известных нам движений (рис. 11).