Выходит, что снаряд летит вперед не по прямой линии: в полете он опускается. В чем дело? Почему снаряд летит не прямолинейно? Какая сила тянет снаряд вниз?
Ученые–артиллеристы конца XVI и начала XVII веков давали этому явлению такое объяснение: снаряд, летящий наклонно вверх, теряет силу, подобно человеку, взбирающемуся на крутую гору. И когда снаряд окончательно потеряет силу, он на миг остановится в воздухе, а затем "камнем" упадет вниз. Путь снаряда в воздухе казался артиллеристам XVI века таким, как изображено на рис. 131.
В наши дни каждый школьник, зная законы, открытые Галилеем и Ньютоном, даст более верный ответ: на летящий снаряд действует сила тяжести и заставляет его опускаться во время полета. Ведь всякий знает, что брошенный камень летит не прямо, а описывает кривую и, пролетев небольшое расстояние, падает на землю (рис. 132). При прочих равных условиях камень летит тем дальше, чем сильнее он брошен, чем большую скорюсть он получил в момент броска.
Поставьте на место человека, бросающего камень, орудие, а камень замените снарядом; как и всякое летящее тело, снаряд будет притянут при полете к земле и, следовательно, отойдет от той линии, по которой он был брошен; эта линия так и называется в артиллерии линией бросания, а угол между этой линией и горизонтом орудия – углом бросания (рис. 133).
Если предположить, что на снаряд при его полете действует только сила тяжести, то под действием этой силы в первую секунду полета снаряд опустится приблизительно на 5 метров (точнее – на 4,9 метра), во вторую – почти на 15 метров (точнее – на 14,7 метра) и в каждую следующую секунду скорость падения будет увеличиваться почти на 10 метров в секунду (точнее – на 9,8 метра в секунду). Таков закон свободного падения тел, открытый Галилеем.
Рис. 133. Так понижался бы снаряд под линией бросания при стрельбе в безвоздушном пространстве
Поэтому–то линия полета снаряда – траектория – получается не прямой, а точно такой же, как и для брошенного камня, похожей на дугу.
Теперь попытайтесь ответить на такой вопрос: нет ли связи между углом бросания и расстоянием, которое пролетает снаряд?
Попробуйте выстрелить из орудия один раз при горизонтальном положении ствола, другой раз – придав стволу угол бросания 3 градуса, а в третий раз – при угле бросания 6 градусов.
В первую же секунду полета снаряд, как мы уже знаем, должен отойти вниз от линии бросания на 5 метров. И значит, если ствол орудия лежит на станке высотой 1 метр от земли и направлен горизонтально, то снаряду некуда будет опускаться, он ударится о землю раньше, чем истечет первая секунда полета. Расчет показывает, что уже через 6 десятых секунды произойдет удар снаряда о землю (рис. 134).
Рис. 134. Так летел бы снаряд, если бы стволу орудия придали горизонтальноеположение
Снаряд, брошенный со скоростью 600–700 метров в секунду, при горизонтальном положении ствола пролетит до падения на землю всего лишь метров 300.
Теперь произведите выстрел под углом бросания в 3 градуса.
Линия бросания пойдет уже не горизонтально, а под углом в 3 градуса к горизонту (рис. 135).
По нашим расчетам, снаряд, вылетевший со скоростью 600 метров в секунду, должен был бы через секунду подняться уже на высоту 30 метров, но сила тяжести отнимет у него 5 метров подъема, и на самом деле снаряд окажется на высоте 25 метров над землей. Через 2 секунды снаряд, не будь силы тяжести, поднялся бы уже на высоту 60 метров, на самом же деле сила тяжести отнимет на второй секунде полета еще 15 метров, а всего 20 метров. К концу второй секунды снаряд окажется на высоте 40 метров. Если продолжим расчеты, они покажут, что уже на четвертой секунде снаряд не только перестанет подниматься, но начнет опускаться все ниже и ниже. И к концу шестой секунды, пролетев 3600 метров, снаряд упадет на землю (см, рис. 135).
Расчеты для выстрела под углом бросания 6 градусов похожи на те, которые мы только что делали, но считать придется много дольше: снаряд будет лететь 12 секунд и пролетит 7200 метров.
Рис. 135. Траектория снаряда в безвоздушном пространстве при угле бросания,равном 3 градусам
Вы нашли правило: чем больше угол бросания, тем дальше летит снаряд.
Но этому увеличению дальности есть предел: дальше всего снаряд летит, если его бросить под углом 45 градусов (рис. 136).
Если еще увеличивать угол бросания, снаряд будет забираться все выше, но зато падать он будет все ближе.
Само собою разумеется, что дальность полета будет зависеть не только от угла бросания, но и от скорости: чем больше начальная скорость снаряда, тем дальше он упадет при прочих равных условиях.
Рис. 136. Угол наибольшей дальности и траектории при стрельбе под разнымиуглами бросания
Например, если бросить снаряд под углом 6 градусов со скоростью не 600, а 170 метров в секунду, то он пролетит не 7200 метров, а всего лишь 570.
Остается только проверить теперь эти вычисления на опыте.
