ЧТО ТОРМОЗИТ ПОЛЕТ СНАРЯДА?

Итак, проделаем опыт. Зарядим орудие таким зарядом, который выбрасывает 152-миллиметровый снаряд с начальной скоростью 170 метров в секунду. При угле бросания 20 градусов снаряд по расчетам должен пролететь 1900 метров. Приблизительно столько пролетит он и на самом деле, — расчеты подтвердились.

Повторим теперь наш опыт с другим орудием. Зарядим 76-миллиметровую пушку, снаряд которой имеет скорость около 680 метров в секунду, и выстрелим так, чтобы угол бросания был равен тем же 20 градусам.

Мы ожидаем, что снаряд пролетит очень большое расстояние — 30 300 метров. А на самом деле снаряд упадет на расстоянии всего лишь 10 015 метров от орудия (рис. 137).

Вы недоумеваете. В чем дело? Неужели на этот раз мы ошиблись в расчетах?

Нет, расчеты верны. Но они неполны: мы считали, что на летящий снаряд действует только сила тяжести. Это было бы верно, если бы мы стреляли в безвоздушном пространстве. А при полете снаряда в воздухе возникает еще одна сила, которую нельзя сбросить со счета: это — сила сопротивления воздуха (рис. 138).

Сопротивление воздуха резко возрастает, когда увеличивается скорость движущегося тела.

Когда вы идете пешком, вы вовсе не чувствуете сопротивления воздуха. Но попробуйте сесть в открытый автомобиль и развить скорость хотя бы 60 километров в час, то-есть всего лишь около 17 метров в секунду, и вы почувствуете, как даже в самый тихий день сильный «ветер» начнет трепать ваши волосы, срывать фуражку с головы. А если

вы высунетесь во время полета из кабины даже учебного самолета, летящего со скоростью всего лишь около 70 метров в секунду, то страшный «ураган» начнет так хлестать вам в лицо, что не даст и смотреть: придется надеть авиационные очки.

Так же обстоит дело и со снарядом. Если выстрелить из орудия, бросающего снаряд с небольшой скоростью, то сопротивление воздуха полету такого снаряда будет ничтожно, оно почти не отразится на его полете. Так и случилось со снарядом при первом опыте. Но положение резко изменится, если выстрелить снарядом, который летит со скоростью 680 метров в секунду — почти в 10 раз быстрее учебного самолета; представьте же себе, как сопротивляется воздух полету этого снаряда! Именно из-за сопротивления воздуха наш снаряд и пролетел не 30 300 метров, а всего лишь 10 015. Очевидно, в этом случае нельзя уже не считаться с огромной силой, которая втрое уменьшила дальность полета снаряда.

Почему же воздух тормозит снаряд? Потому что воздух, как и всякое другое вещество, обладает определенной плотностью. Он состоит из бесчисленного количества частиц. Снаряд расходует часть своей энергии на то, чтобы растолкать частицы воздуха, мешающие его полету.

Посмотрите с высокого берега на быстро идущую яхту (рис. 139). Впереди яхты образуется волна, которая, огибая носовую часть яхты, расходится вправо и влево от нее и долго держится на поверхности воды. Она тем выше, чем больше скорость яхты. За кормой вытесненная яхтой вода стремится занять место, освободившееся после того, как яхта прошла. И за кормой также тянутся длинные волны вправо и влево.

Нечто подобное происходит и в воздухе во время полета снаряда (рис. 140). Перед его головной частью образуется уплотнение воздуха. От этого уплотнения расходится во все стороны головная волна. Позади летящего снаряда образуется зона разреженного воздуха: пустота, которую оставил позади себя снаряд, вытолкнувший частицы воздуха, еще не успевает заполниться. Частицы воздуха несутся со всех сторон в эту пустоту, стремясь ее заполнить. Образуются завихрения. За дном снаряда тянется хвостовая волна.

Сгущение воздуха впереди головной части снаряда тормозит его полет. Разреженная зона позади снаряда засасывает снаряд и этим еще усиливает торможение. Кроме того, стенки снаряда испытывают трение о частицы воздуха.

Головная волна, резко увеличивающая торможение снаряда, возникает в том случае, когда скорость снаряда равна или больше скорости звука. Скорость звука, как известно, приблизительно равна 340 метрам в секунду, а снаряды многих орудий летят вдвое и даже втрое быстрее звука.

Если скорость снаряда равна скорости звука, то снаряд летит как бы на гребне звуковой волны (рис. 141). Если же скорость снаряда больше скорости звука, то в этом случае снаряд обгоняет все звуковые волны, образующиеся перед его головиой частью

(рис. 142). И в том и в другом случае движение снаряда сильно тормозится, он быстро теряет свою скорость.

Опыты показывают, что даже при скоростях снаряда, меньших скорости звука, сопротивление воздуха растет не пропорционально скорости снаряда, а гораздо быстрее: если выбросить снаряд с удвоенной скоростью, то потеря им скорости из-за сопротивления воздуха возрастет примерно вчетверо. Утройте скорость снаряда,— замедление возрастет примерно в 9 раз.

Словом, при скоростях до 300 метров в секунду замедление полета снаряда возрастает приблизительно пропорционально квадрату скорости его полета, а при больших скоростях полета снаряда — и еще больше.