Артиллерия

Какой снаряд летит дальше – легкий или тяжелый?

Но секрет дальнобойности – не только в форме снаряда.

Выпустим снаряды одинаковой формы из трех разных орудий.

Орудия эти подобраны так, что начальная скорость их снарядов одна и та же – 442 метра в секунду. Снаряды почти совершенно одинаковы по форме. Пусть и угол бросания у всех трех орудий будет один и тот же – 20 градусов (рис. 112).

Рис. 112. Как действует сопротивление воздуха на снаряды разного веса

Снаряд 37-миллиметровой пушки при этих условиях пролетит 4100 метров.

Снаряд 76-миллиметровой пушки– пролетит 5 700 метров.

А снаряд 152-миллиметровой пушки залетит дальше всех – на 6 300 метров.

Рис. 114. Вот как выросли снаряды за последние 80 лет!

Рис. 115. Действие силы сопротивления воздуха на снаряд в самом начале его полета

Рис. 116. Действие силы сопротивления воздуха на снаряд в полете

Рис. 117. Действие силы сопротивления воздуха на снаряд в полете

В чем же дело? Ведь форма у всех трех снарядов одна и та же, и скорость почти одинакова, и угол бросания один и тот же.

Неодинаков только размер и вес этих снарядов: 37-миллиметровая граната весит полкилограмма; 76-миллиметровая граната – побольше, она весит шесть с половиной килограммов, то-есть она в тринадцать раз тяжелее 37-миллиметровой гранаты; а 152-миллиметровая граната всех больше и всех тяжелее – она весит около сорока одного килограмма.

Выходит так: чем тяжелее снаряд, тем меньше влияет на него сила сопротивления воздуха.

Чем же объяснить такое влияние веса снаряда?

Попробуйте проделать такой простой опыт. Подберите одинаковой величины и формы пробку и камешек. Бросьте их из окна пятого этажа. Вы увидите, что камешек долетит до земли раньше, чем пробка.

Закон свободного падения– один и тот же для всех тел. Форма и величина у камня и пробки одинаковы, – значит, в начале падения одинаково и сопротивление воздуха их движению.

Почему же его влияние на пробке сказалось сильнее, чем на камешке? Почему воздух больше затормозил полет пробки, чем полет камешка?

Плотность пробки меньше плотности камешка. В пробке меньше вещества. Стало быть, меньше и инерция пробки – ее способность сохранять то состояние, в котором она находится. Пробку поэтому легко затормозить. Камень гораздо тяжелее пробки, вещества в нем во много раз больше. Значит, и инерция камня во столько же раз больше. Его движение затормозить гораздо труднее.

Каждый железнодорожник знает, что груженый поезд труднее затормозить, чем порожний.

Тяжелый снаряд испытывает при своем полете точно такое же сопротивление воздуха, как и легкий, если их размеры, скорость и форма одинаковы.

Выгоднее всего, значит, увеличить вес снаряда, не увеличивая в то же время площади его поперечного сечения, то-есть площади, на которую давит воздух.

Для этого достаточно сделать снаряд длиннее.

Так на деле и поступают: на смену шаровым снарядам пришли продолговатые; и эти продолговатые снаряды делаются, по мере своего совершенствования, все длиннее и длиннее.

В артиллерии принято измерять длину снаряда не в линейных мерах, а в калибрах; если длина снаряда вдвое больше его диаметра, то говорят: снаряд имеет длину в два калибра (рис. 114).

Так вот, круглая граната, длина которой, разумеется, один калибр, сменилась продолговатой, в два калибра длиной. Это был снаряд начала шестидесятых годов девятнадцатого века. Десять лет спустя граната достигла длины в три калибра. Ко времени империалистической войны снаряд вытянулся еще больше и достиг четырех калибров в длину. А современная граната имеет в длину примерно уже пять калибров (рис. 114).

Заметно подросли снаряды за последние 80 лет!

Однако, если это так выгодно, почему бы не сделать снаряд еще длиннее, например, в десять калибров длиной? Почему бы не создать очень длинный снаряд – «снаряд-копье»? Оказывается, этому мешает все тот же воздух. Вглядитесь в рисунок 115, – снаряд выброшен из орудия головой вперед: сила сопротивления воздуха только тормозит движение снаряда. Но под действием силы тяжести он стал опускаться все ниже под линией бросания (рис. 116). И чем больше он опускается, тем больше подставляет сопротивлению воздуха уже не голову, а бок. Площадь, на которую давит воздух, становится больше (рис. 116), и сила сопротивления воздуха стремится уже не то лько4 тормозить, но и опрокинуть снаряд головой назад (рис. 117), снаряд начнет кувыркаться (рис. 118).

Кувыркающийся снаряд подставляет воздуху то один бок, то другой, то дно; он быстро теряет скорость и падает на землю.

Мы старались сделать снаряд подлиннее для того, чтобы он лучше преодолевал сопротивление воздуха. А оказывается: чем длиннее снаряд, тем легче его опрокинуть. Кувыркаясь же, снаряд, конечно, будет испытывать большее сопротивление воздуха.

Неужели же тут нет выхода?

Рис. 118. Так летел бы в воздухе невращающийся продолговатый снаряд

Волчок на службе в артиллерии

Жонглер в цирке держит на кончике тросточки тарелку. Чтобы тарелка не упала, жонглер заставляет ее быстро вращаться.

Рис. 119. Гироскоп

Рис. 120. Как изменится положение оси вращения гироскопа, получившего толчок

Каждый видел детскую игрушку «волчок». Пока «волчок» быстро вертится, он стоит на своей острой ножке.

Еще интереснее прибор, известный из физики – гироскоп (рис. 119 и 120).

Гироскоп состоит из маховика, который может вращаться вокруг трех осей: во-первых, вокруг своей основной оси, на которую он посажен; во-вторых, вместе с кольцом, поддерживающим основную ось, – вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к первой, и, в-третьих, вместе с внешним полукольцом – вокруг вертикальной оси.

У гироскопа есть замечательное свойство: когда он быстро вращается, он не только сохраняет положение своей оси в пространстве, но и сопротивляется всяким попыткам изменить ее положение.

Этой замечательной способностью вращающегося тела сохранять свою устойчивость и воспользовались артиллеристы: они заставили снаряд быстро вращаться в полете.

Ствол орудия не оставляют теперь гладким внутри, а растачивают в нем пологие винтообразные желобки-нарезы. Благодаря этому внутри ствола оказываются углубления и выступы. Едва снаряд двинется с места, его медный поясок врезается в эти выступы.

На мягкой меди пояска образуются тогда свои выступы и углубления.

Все вперед и вперед скользит снаряд в стволе по его нарезам, точно по рельсам.

Но нарезы идут винтообразно, как винтовая лестница. Поэтому снаряд, следуя по ходу нарезов, начинает быстро вращаться.

Вылетев из ствола, он сохраняет вращение и в воздухе. Вращается он в наших орудиях слева вверх направо, то-есть, если смотреть сзади, – по направлению движения часовой стрелки.

Снаряды различных орудий делают от 200 до 500 оборотов в секунду.

Колесо автомобиля на полном ходу делает в секунду около 16 оборотов, винт самолета – от 35 до 75. Снаряд вращается в тридцать раз быстрее автомобильного колеса и в пять-семь раз быстрее, чем воздушный винт самолета.