Опыты показывают, что даже при скоростях снаряда, меньших скорости звука, сопротивление воздуха растет не пропорционально скоро сти 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.
Рис. 142. Распространение звуковых волн, порожденных в воздухе снарядом, двигающимся быстрее звука
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.
Воздух тормозит летящий снаряд, замедляет его полет.
Можно ли бороться с этим замедлением?
Один способ мы уже знаем – уменьшить скорость самого снаряда. Но ведь снаряд, летящий медленнее, упадет ближе. Этот способ применим только в том случае, когда нам нет надобности бросать снаряд далеко.
А на войне важно иметь возможность забросить снаряд как можно дальше. Поэтому уменьшать его скорость не всегда выгодно.
Поищем, нет ли других, более подходящих способов бороться с замедлением полета снаряда из–за сопротивления воздуха.
Такие способы существуют.
Представьте себе, что вы хотите выбраться из трамвая, битком набитого пассажирами. Попробуйте итти прямо – грудью вперед; пожалуй, вы не доберетесь до выхода. Но если вы начнете пробираться боком, вам уже не так трудно будет протолкнуться.
Нечто подобное испытывает и снаряд в полете: не безразлично, как он будет пробираться между частицами воздуха.
Был в старину – во время первой севастопольской обороны – такой снаряд: светящее ядро к полупудовой медной мортире. Это ядро имело форму цилиндра.
В полете оно подставляло воздуху плоскую поверхность – круг и поэтому испытывало большое сопротивление воздуха. А сзади этого цилиндрического ядра получалась зона разреженного воздуха, сильно засасывавшая это ядро, отнимавшая у него скорость.
Такое ядро летело всего лишь метров на 500.
Обыкновенное шаровое ядро той же мортиры, хотя и встречало также большое сопротивление воздуха, но все же по форме было выгоднее цилиндра, и оно могло пролететь метров 800–в полтора раза дальше светящего ядра.
Заострить головную часть снаряда еще выгоднее: как заостренный нос быстро идущей яхты легко рассекает воду, так и снаряд с заостренной головной частью продвигается в воздухе легче, чем цилиндрическое или шаровое ядро. .
Вот почему головную часть снаряда начали заострять, едва лишь научились делать устойчивым в полете продолговатый снаряд, – еще в середине XIX века.
Донная часть такого снаряда оставалась, однако, еще цилиндрической, и позади снаряда получалась большая зона разреженного воздуха, сильно засасывавшая снаряд, отнимавшая у него значительную часть скорости (см. рис. 140).
В XX веке резко возросли скорости транспорта всех видов, быстро развилась авиация. Ученые начали внимательно изучать действие сопротивления воздуха на быстро движущиеся предметы разной формы. Оказалось, что не только для самолета, но даже для быстроходного автомобиля или поезда важна такая форма, которая является удобообтекаемой. Если автомобилю придать такую форму, то при большой скорости движения он экономит 10–15 процентов горючего или при том же расходе горючего движется заметно быстрее.
Рис. 143. Если бы снаряд с плоской поверхностью вылетел из ствола орудия со сверхзвуковой скоростью, он вызвал бы огромное сопротивление воздуха и через короткое время потерял бы свою скорость
Тем большее значение имеет форма снаряда: ведь снаряд движется во много раз быстрее автомобиля, он встречает огромное сопротивление воздуха.
Взгляните на рис. 140 и 143–145. Перед вами четыре снаряда развой формы. На рисунках изображены волны и завихрения воздуха, которые сопровождали бы полет каждого из этих снарядов, если бы скорость их всех была одна и та же, и притом больше, чем скорость звука. Давление на головную часть снаряда тем меньше, чем она острее. Разреженная зона за снарядам также тем меньше, чем больше скошена его донная часть; меньше в этом случае и завихрений позади летящего снаряда.
Очевидно, что наиболее выгодна форма снаряда, изображенная на рис. 145.
Рис. 144. Велико было бы сопротивление воздуха шаровому ядру, летящему со сверхзвуковой скоростью
Рис. 145. Наименьшее сопротивление воздуха вызывает современный дальнобойный снаряд обтекаемой формы
Более подробное изучение этого вопроса показало, что каждой скорости полета соответствует своя наиболее выгодная форма снаряда.
Чем больше скорость снаряда, тем острее должна быть его головная часть.
Допустим, что воздух давит на головную часть снаряда с силой 4 атмосферы, а в разреженной зоне позади снаряда давление составляет всего лишь четверть атмосферы.
Давление на дно снаряда уменьшилось против нормального на три четверти атмосферы: это составляет примерно пятую часть того давления, которое испытывает головная часть снаряда.
