Владимир Внуков - Занимательная физика на войне

Прежде всего автор просит снисхождения… «Занимательная» физика, вообще должна читаться легко, а значит, пишется трудно, «занимательная» же военная физика дело совсем необычное, а потому особенно трудное.

Но читатель обычно мало интересуется процессом творчества автора, поэтому распространяться об этом не будем. Понадеемся лишь, что ввиду новизны и трудности этого дела читатель не поставит автору «всякое лыко в строку».

Гораздо важнее для нас с вами будущее этой книжки.

Автор рискует думать, что книжка все же заинтересует не малый круг читателей и в особенности юных читателей, а поэтому ему хотелось бы в будущем устранить те недочеты, которые сейчас имеются, несомненно, не в малом количестве.

Что же для этого нужно?

Очень немногое. Нужно, чтобы читатель после прочтения книжки не сразу отбросил ее в сторону, а несколько минут подумал бы обо всем прочитанном и записал бы свои мысли на клочке бумаги. Автору очень важно знать: что в книге написано недостаточно понятно, о чем читатель хотел бы получить больше сведений, что, наоборот, кажется ему лишним, какие статьи показались совсем неинтересными и что особенно понравилось.

Эти свои заметки читатель должен для пользы всех послать автору по адресу: Москва, Раушская набережная, 18, кв. 3.

Должен потому, что только при тесной спайке автора с читателями возможно коллективными усилиями создать подлинно хороший труд.

Москва, 9/III-1928 г.

Задавали ли вы себе подобный вопрос? Наверное, нет. А между тем, вопрос этот интересный. Ведь, пороховые газы в канале ствола стремятся расширяться во все стороны равномерно. Следовательно, давление[1] их на пулю (снаряд), на затвор и на стенки канала ствола равновелико, но в результате выстрела пуля летит на несколько километров, а ружье остается на том же месте, в руках стрелка.

Куда же девалось давление пороховых газов на затвор? Почему ружье не полетело назад с такой же силой, как и пуля?

Всякий, кто стрелял хоть раз из ружья, уверенно ответит на эти вопросы, так как он на себе испытал силу отдачи.

Правда, у мелкокалиберных ружей отдача очень мала, но там, ведь, и пуля летит недалеко.

У военной же винтовки отдача — не шуточная сила. Неопытный стрелок может даже опрокинуться при стрельбе стоя, с руки и без всякого упора (рис. 1).

Рис. 1. Неправильное положение стрелка при выстреле.

Знающий же стрелок умеет так стать (см. рис. 2), что сила его мышц легко справится с силой отдачи.

Рис. 2. Правильное положение стрелка при выстреле: пунктиром показано изменение положения туловища под влиянием силы отдачи.

Значит, давление пороховых газов на затвор, являясь причиной отдачи, стремится отбросить ружье назад, и лишь сила мышц стрелка удерживает ружье на месте. При этом, строго говоря, ружье не остается на месте при выстреле, а двигается сначала силой отдачи назад, а потом силой мышц стрелка вперед. Уяснив все это, не трудно понять, что ничем не сдерживаемое ружье, подвешенное, например, на нитках, полетело бы при выстреле назад.

С какой скоростью вылетает из ружья пуля — не трудно узнать из специальных таблиц и справочника. А вот с какой скоростью летит (точнее, стремится лететь или полетело бы) при выстреле само ружье, об атом обычно не имеют представления даже самые опытные стрелки. А между тем, механика позволяет ответить на этот вопрос довольно точно.

Но прежде всего интересно узнать: не должно ли ружье лететь с той же скоростью, что и пуля, коль скоро силы, приводящие их в движение, равны?

Представьте себе, что вы стоите между двумя вагонетками (рис. 3) и с равной силой быстро отталкиваете их от себя.

Рис. 3. Если толкать вагонетки с равной силой, то тяжелая чуть сдвинется с места, а легкая покатится с большой скоростью.

Если вагонетки равного веса (точнее массы)[2], то они, конечно, покатятся с равной скоростью, но если одна груженая, а другая пустая, то очевидно тяжелая (большей массы) чуть сдвинется, а легкая быстро покатится.

Под действием равных сил скорости, приобретаемые телами, обратно пропорциональны их весам (массам).

Так утверждает механика и повседневный опыт.

Зная это, не трудно вычислить скорость полета ружья при выстреле.

Для примера возьмем нашу военную винтовку (обр. 1891 г.), она весит (со штыком, без патронов) от 4,5 кг, т. е. 4 500 г, и выбрасывает пулю весом 9,6 г со скоростью 880 метров в секунду. 4 500: 9,6 = ок. 468, значит, винтовка тяжелее пули в 468 раз. 880: 468 = ок. 1,8, значит, винтовка при выстреле летит назад со скоростью 1,8 метра в секунду. Скорость, как видите, небольшая — пешеход идет быстрее (до 2,5 в секунду). Поэтому легкую сравнительно винтовку при такой скорости отдачи нетрудно удержать в руках. Однако все же, как отмечено уже выше, держать винтовку при стрельбе надо умело. Кроме того, что стать нужно вертикально и расставив ноги (см. рис. 2), очень важно плотно прижать приклад к плечу. В противном случае приклад, ударив в плечо, может причинить боль, а в худшем случае даже и повреждение. Не надо забывать также, что плотно прижимая приклад к плечу, мы этим самым как бы увеличиваем массу винтовки, добавляя к ней массу тела стрелка.

Если довольно просто удержать при выстреле винтовку, то для артиллерийских орудий дело резко меняется.

Там обычно скорость отката много больше, чем для винтовки, и с этой скоростью двигается большая масса.

Сравнение с вагонетками поможет нам уяснить вопрос и здесь. Положим, по рельсам катятся с одинаковой скоростью пустая и груженая вагонетки. Первую, при небольшой скорости, шутя остановит один человек, а вторую, даже и при небольшой скорости, едва ли остановят двое. А если груженая вагонетка двигается с большой скоростью, то силой людей и вовсе не остановить ее[3].

Так и с орудиями. Для примера, возьмем нашу 122-мм (48-линейную) гаубицу обр. 1910 г.[4] Это орудие весит 1331 кг и выбрасывает снаряд весом ок. 23 кг с начальной скоростью до 335 метров в секунду. Если бы откатывалось все орудие, то скорость отката оказалась бы равной ок. 5,7 метра в секунду (вычисление предлагаем проверить самостоятельно). С такой скоростью на состязаниях бегают лыжники. А тут с этой скоростью двигалась бы масса более тонны. Очевидно, удержать при этих условиях откатывающееся орудие силою людей невозможно.

Лет 30 тому назад, когда технике неизвестны были легкие и прочные тормозы, стрельба из орудий была весьма медленна. При каждом выстреле орудие катилось назад на несколько метров, и его приходилось «накатывать» на свое место вручную.

Но с тех пор техника далеко ушла вперед, и теперь у всех почти орудий подвижным делают только ствол (рис. 4).

Рис. 4. Устройство современного артиллерийского орудия. Вид орудия при полном откате: 1) ствол; 2) тормоз; 3) сошник.

Для этого ствол кладут на особые «салазки» и связывают его с гидравлическим[5] тормозом, а станок неподвижно укрепляют на земле с помощью «сошника» (большая лопата). Гидравлический тормоз состоит из стального цилиндра (см. рис. 5), наполненного жидкостью (масло или глицерин с водой), внутри которого находится поршень с узкими отверстиями.

Рис 5. Схема гидравлического тормоза: 1) ствол; 2) цилиндр тормоза; 3) поршень с каналами для прохода масла.

Обычно вместе со стволом при откате двигается цилиндр тормоза, поршень же скреплен с неподвижной частью станка и поэтому остается на месте. Сжатая откатом жидкость с громадной скоростью пробрызгивается сквозь узкие отверстия поршня и трением своим тормозит откат.

Накатывают ствол автоматически, силою пружин или сжатого воздуха.

Так как взятая нами выше для примера гаубица имеет именно такое устройство, решение задачи на скорость отката ее требует иного подхода. Откатывающийся ствол этого орудия весит 426 кг, значит, скорость его отката, примерно, в 3 раза больше, чем вычисленная нами для всего орудия, а именно 18,6 метра в секунду. Это быстрее скаковой лошади и близко к скорости пассажирского поезда. Очевидно, тормоз тут должен быть прочный и надежный, иначе ствол полетит назад с такой силой, что поломает все орудие и искалечит обслуживающих его людей. Случаи срыва стволов при выстреле бывали и всегда заканчивались катастрофой.