Михаил Ивановский - Законы движения

Почему это так?

Сопротивлением воздуха прежде всего заинтересовались артиллеристы. Они старались понять, почему пушечные снаряды не так далеко летят, как им хотелось бы. Расчеты показали, что, если бы на Земле не было воздуха, снаряд семидесятишестимиллиметровой пушки пролетел бы не менее двадцати трех с половиной километров [2] При начальной скорости 600 метров в секунду и при выстреле под углом в 20 градусов к плоскости горизонта. , а в действительности он падает всего лишь в семи километрах от пушки. Из-за сопротивления воздуха теряется шестнадцать с половиной километров дальности. Обидно, но ничего не поделаешь!

Артиллеристы улучшали пушки и снаряды, руководствуясь главным образом догадкой и смекалкой. Что происходит со снарядом в воздухе, сначала было неизвестно. Хотелось бы посмотреть на летящий снаряд и увидеть, как он рассекает воздух, но снаряд летит очень быстро, глаз не может уловить его движения, а воздух и подавно невидим. Желание казалось несбыточным, но выручила фотография.

При свете электрической искры удалось заснять летящую пулю. Искра сверкнула и на мгновение осветила пулю, пролетавшую перед объективом фотоаппарата. Ее блеска оказалось достаточно, чтобы получить моментальный снимок не только пули, но и воздуха, рассекаемого ею. На фотографии видны темные полосы, расходящиеся от пули в стороны. Благодаря фотоснимкам стало ясно, что происходит, когда снаряд летит в воздухе.

Пуля в полете.

При медленном движении предмета частицы воздуха спокойно расступаются перед ним и почти не мешают ему, но при быстром — картина меняется, частицы воздуха уже не успевают разлетаться в стороны. Снаряд летит и, как поршень насоса, гонит впереди себя воздух и уплотняет его. Чем выше скорость, тем сильнее сжатие и уплотнение.

Для того чтобы снаряд двигался быстрее, лучше пробивал уплотненный воздух, его головную часть делают заостренной.

На фотоснимке летящей пули видно, что у нее позади возникает полоса завихренного воздуха. На образование вихрей тоже тратится часть энергии пули или снаряда. Поэтому у снарядов и пуль стали делать донную часть скошенной, это уменьшило противодействие воздуха. Благодаря скошенному дну дальность полета снаряда семидесятишестимиллиметровой пушки достигла одиннадцати-двенадцати километров.

При полете в воздухе на скорости движения сказывается также трение частиц воздуха о стенки летящего предмета. Это трение невелико, но оно все же существует и нагревает поверхность. Поэтому приходится красить самолеты глянцевитой краской и покрывать их особым авиационным лаком.

Таким образом, противодействие воздуха всем движущимся предметам происходит вследствие трех различных явлений: уплотнения воздуха впереди, образования завихрений позади и небольшого трения воздуха о боковую поверхность предмета.

Метеорные частицы — мелкие камешки и кусочки железа, движущиеся около Солнца в межпланетном пространстве, часто сталкиваются с земным шаром. Измерили скорость, с которой эти камешки влетают в атмосферу: оказалось, что она составляет обычно многие десятки километров в секунду. Заметьте: в секунду, а не в минуту! Метеориты движутся в сотни раз быстрее пассажирского самолета, в сто — сто пятьдесят раз быстрее звука и в десятки раз быстрее артиллерийского снаряда. Путешествие вокруг Земли по экватору с такой «метеоритной» скоростью заняло бы меньше получаса времени.

Скорость огромная, и, казалось бы, такой метеоритик, падая, может наделать много бед.

Падение метеорита.

Но известен случай, когда «небесный камешек» упал в корыто, в котором прачка стирала белье. Единственное, что наделал этот космический пришелец, — он обрызгал женщину, стоявшую возле корыта.

Другой такой же метеоритик, падая, запутался в складках широкого кимоно японской девушки. Случалось, что метеориты оказывались на льду озер и прудов. Они лежали как самые обыкновенные камни, брошенные человеческой рукой. Эти метеориты не смогли пробить даже тонкий осенний лед.

Современная наука установила, что самые быстрые пришельцы из межпланетного пространства имеют скорость за пределами атмосферы порядка ста-ста сорока километров в секунду, но даже такую космическую скорость почти полностью поглощает сопротивление воздуха. Только очень крупные метеориты, весом в несколько тысяч тонн, достигают земной поверхности, сохранив некоторую долю космической скорости. Впрочем, такие гигантские метеориты падают очень редко.

Наш воздух, затрудняя движение автомобилей и велосипедов, в то же время служит нам надежной броней. Атмосфера прекрасно защищает поверхность Земли от космической бомбардировки, и небесные камешки, сгорая в кислороде, сверкают в вышине, давая нам возможность любоваться безобидным зрелищем «падающих звезд».

Дождь «падающих звезд».

Когда моторная лодка мчится по водной глади или торпедные катера идут в атаку, видно, как острый нос корабля или лодки режет волны, обращая их в белоснежную пену, а за кормой кипит бурун и остается полоса вспененной воды.

Сопротивление воды напоминает сопротивление воздуха — вправо и влево от корабля бегут волны, а позади образуются завихрения — пенистые буруны; сказывается также и трение между водой и погруженной частью корабля. Разница между движением в воздухе и движением в воде состоит только в том, что вода — жидкость несжимаемая и перед кораблем не возникает уплотненной «подушки», которую приходится пробивать. Зато плотность воды почти в тысячу раз больше плотности воздуха. Вязкость воды тоже значительна. Вода не так-то уж охотно и легко расступается перед кораблем, поэтому сопротивление, которое она оказывает предметам, весьма велико. Попробуйте, например, нырнув под воду, похлопать там в ладоши. Это не удастся — вода не позволит.

Скорости морских кораблей значительно уступают скоростям воздушных кораблей. Наиболее быстроходные из морских судов — торпедные катера развивают скорость в пятьдесят узлов, а глиссеры, скользящие по поверхности воды, — до ста двадцати узлов [3] Узел — морская мера скорости; один узел составляет 1852 метра в час. .

Почему вода и воздух оказывают сопротивление движущимся предметам, более или менее понятно — их приходится расталкивать, чтобы проложить дорогу. Но почему так трудно тянуть гужевые сани или катить тележку? Ведь спереди им ничего не мешает, спереди у них ничего, кроме воздуха, нет, воздух для медленно движущихся предметов не помеха, а двигать все-таки трудно — снизу что-то мешает. Это «что-то» называют силами трения.