ЛЕТЯЩИЙ ГИРОСКОП

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 оси 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).

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).

Но едва лишь ось снаряда начала отходить от касательной к траектории (это произошло в самом начале движения), как снаряд подставил сопротивлению воздуха боковую поверхность корпуса (см. рис. 151). Невращающийся снаряд опрокинулся бы при этом. Но снаряд вращается. Как и маховик гироскопа, он стремится сохранить устойчивость; на действие внешней силы он отвечает поворотом в направлении, перпендикулярном к тому, по которому действует сила.

Сопротивление воздуха толкает головную часть снаряда снизу вверх; снаряд отвечает на это тем, что поворачивает головную часть вправо, под прямым углом к направлению действия внешней силы и в сторону своего вращения (рис. 158).

В этом новом положении воздух сильнее давит на снаряд слева, стремится отклонить его головную часть вправо. Упрямый снаряд-гироскоп повернет ее вниз. Тогда воздух, действуя на

снаряд сверху, начнет отклонять его головную часть вниз. А снаряд-гироскоп сделает опять по-своему — повернет ее влево. Как только воздух попробует отклонить головную часть снаряда влево, снаряд поднимет ее вверх. И такая борьба снаряда-гироскопа с силой сопротивления воздуха продолжается на протяжении всего полета. Головная часть снаряда перемещается то вправо, то вниз, то влево, то вверх, то-есть описывает около траектории окружность, а ось снаряда образует коническую поверхность (рис. 159).

В результате вращающийся снаряд летит все время головной частью вперед и в таком же положении падает на землю (рис. 160).

И получается, что та же самая сила сопротивления воздуха, которая мешала, опрокидывала невращающийся снаряд, начинает помогать артиллеристам, как только снаряд приобретает вращательное движение: сила сопротивления воздуха теперь уже «привязывает» головную часть снаряда к траектории.

Теперь, когда мы узнали о всех силах, действующих на снаряд во время полета, мы должны понять разницу в очертаниях траекторий, показанных на рис. 137.

При полете в воздухе траектория снаряда всегда несимметрична: нисходящая ветвь у нее круче и короче восходящей, и угол падения снаряда всегда больше угла бросания. На рис. 161 показаны основные элементы траектории — линии и углы, связанные с нею.