Александр Волков - Артиллерия

Вот почему он и летит дальше, чем остальные.

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.

Рис. 151. Так сила сопротивления воздуха действует на снаряд во время его полета

В артиллерии принято измерять длину снаряда не только в обычных линейных мерах, но и в калибрах; если длина снаряда вдвое больше его диаметра, то говорят: снаряд имеет длину 2 калибра.

Так вот, круглая граната, длина которой, разумеется, один калибр, сменилась продолговатой, в два калибра длиной. Это был снаряд начала шестидесятых годов XIX века. 10 лет спустя граната достигла длины 3 калибров. Ко времени первой мировой войны снаряд вытянулся еще больше и достиг 4 калибров в длину. А современная граната имеет в длину примерно уже 5 калибров (рис. 149).

Заметно "подросли" снаряды за последние 100 лет!

Рис. 152. Действие силы сопротивления воздуха на летящий снаряд: пара сил, опрокидывающая снаряд

Однако, если это так выгодно, почему бы не сделать снаряд еще длиннее, например в 10 калибров длиной? Почему бы не создать очень длинный снаряд – снаряд–копье?

Оказывается, этому мешает все тот же воздух.

Вглядитесь в рис. 150, – снаряд выброшен из орудия головной, частью вперед: сила сопротивления воздуха только тормозит движение снаряда. Но под действием силы тяжести он стал опускаться все ниже под линией бросания (рис. 151). И чем больше он опускается, тем больше подставляет сопротивлению воздуха уже не только головную часть, но и бокозую поверхность корпуса. Площадь, на которую давит воздух, становится больше, и сила сопротивления воздуха стремится уже не только тормозить, но и опрокинуть снаряд головной частью назад (рис. 152), снаряд начнет кувыркаться (рис. 153).

Кувыркающийся снаряд подставляет воздуху то одну сторону, то другую, то дно; он быстро теряет скорость и падает на землю/

Рис. 153. Так летел бы в воздухе невращающийся продолговатый снаряд

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 тут нет выхода?

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

Еще интереснее прибор, называемый гироскопом (рис. 154 и 155). Он знаком всем из физики.

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 снаряды быстро вращаться в полете. Достигается это, как мы уже знаем, благодаря нарезам в канале ствола.

Едва снаряд сдвинется с места, его медный поясок врезается в нарезы, а так как нарезы идут винтообразно, то 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.

Риг. 155. Как изменится положение оси вращения гироскопа, получившего толчокРис. 154. Гироскоп

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 30 раз быстрее автомобильного колеса и в 5–7 раз быстрее, чем воздушный винт самолета.

Эта огромная скорость достаточна, чтобы обеспечить устойчивость современного продолговатого снаряда во время полета.

Но вернемся к вопросу о вращении летящего снаряда.

Если бы снаряд был в полете вполне устойчив, он летел бы, как изображено на рис. 156, и падал бы на землю не головой, а дном.

На самом же деле снаряд летит не так.

Еще один опыт с гироскопом поможет нам лучше понять особенности полета снаряда.

Навесим груз на один из концов оси вращения маховика, как изображено на рис. 154.

Вы думаете, вращающийся гироскоп наклонится вниз, в сторону груза? Ничуть не бывало: гироскоп повернется вокруг своей вертикальной оси слева направо, как показывает стрелка на рис. 154.

Попробуйте теперь толкнуть гироскоп, ударить по одному из концов горизонтальной оси (см. рис. 155). Казалось бы, гироскоп должен от такого толчка повернуться на своей вертикальной оси.

Не тут–то было: на самом деле гироскоп начнет поворачиваться вокруг горизонтальной oqh так, как изображено на рис. 155.

В этом и заключается основное свойство гироскопа: он изменяет положение своей оси, двигаясь всегда под прямым углом к направлению действия внешней силы и в сторону своего вращения.

При этом он подчиняется такому правилу: если какая–то точка гироскопа получила пголчок, направленный перпендикулярно (по нормали) к его оси, то от толчка гироскоп отклонится в ту сторону, куда должна прийти через три четверти оборота точка, получившая толчок (рис. 157).

Рис. 156. Так летел бы вращающийся снаряд в безвоздушном пространстве

Быстро вращающийся во время полета снаряд напоминает маховик гироскопа. Как и гироскоп, снаряд стремится сохранить положение своей оси в пространстве. Но при этом снаряд, конечно, опускается под линией бросания. Пока ось снаряда совпадала с касательной к траектории, сопротивление воздуха распределялось равномерно по всем точкам головной части снаряда и только замедляло его полет (см. рис. 150).