Файл: Перельман Я. И. - Занимательная физика. Книга 1 - 1983.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 1517
Скачиваний: 12
Г Л А В А
Т Р Е Т Ь Я
С О П Р О Т И В Л Е Н И Е
С Р Е Д Ы
Пуля
и
воздух
Что
воздух
мешает
свободному
полету
пули
,
знают
все
,
но
лишь
немногие
представляют
себе
ясно
,
насколько
велико
это
тормозящее
действие
воздуха
.
Большинство
людей
склонно
думать
,
что
такая
нежная
среда
,
как
воздух
,
кото
-
рого
мы
обычно
даже
и
не
чувствуем
,
не
может
сколько
-
нибудь
заметно
мешать
стремительному
полету
ружейной
пули
.
Но
взгляните
на
и
вы
поймете
,
что
воздух
является
для
пули
препят
-
ствием
чрезвычайно
серьезным
.
Большая
дуга
на
этом
чертеже
изображает
путь
,
который
пролетела
бы
пуля
,
если
бы
не
существовало
атмосферы
.
Покинув
ствол
ружья
(
под
углом
45°,
с
начальной
скоростью
620
м
/
с
),
пуля
описала
бы
огром
-
ную
дугу
в
10
км
высотой
;
дальность
полета
пули
составила
бы
почти
40
км
.
В
действительности
же
пуля
при
указанных
условиях
описывает
сравнительно
небольшую
дугу
и
дальность
ее
полета
составляет
4
км
.
На
том
же
чертеже
эта
дуга
почти
незаметна
рядом
с
первой
;
таков
результат
противодействия
воздуха
!
Не
будь
воздуха
,
из
винтовки
можно
было
бы
обстреливать
неприятеля
с
рас
-
стояния
40
км
,
взметая
свинцовый
дождь
на
высоту
10
км
!
Рис
. 26.
Большая
дуга
изображает
путь
,
какой
описала
бы
пуля
,
если
бы
не
существовало
атмосферы
.
Маленькая
дуга
–
действительный
путь
пули
в
воздухе
.
Сверхдальняя
стрельба
Обстреливать
противника
с
расстояния
в
сотню
и
более
километров
впервые
начала
немецкая
артиллерия
к
концу
первой
мировой
войны
(1918
г
.),
когда
успехи
французской
и
английской
авиации
положили
конец
воздушным
налетам
немцев
.
Немецкий
штаб
избрал
другой
,
артиллерийский
,
способ
поражать
столицу
Франции
,
удаленную
от
фронта
не
менее
чем
на
110
км
.
Способ
этот
был
совершенно
новый
,
никем
еще
не
испытанный
.
Наткнулись
на
него
немецкие
артиллеристы
случайно
.
При
стрельбе
из
крупнокалиберной
пушки
под
большим
углом
возвышения
неожиданно
обнаружилось
,
что
вместо
34
Рис
. 27.
Как
изменяется
дальность
полета
снаряда
с
изменением
угла
наклона
сверхдальнобойного
орудия
:
при
угле
1
снаряд
падает
в
Р
1
,
при
угле
2 –
в
P
2
,
при
угле
же
3
дальность
стрельбы
сразу
возрастает
во
много
раз
,
так
как
снаряд
залетает
в
слои
разреженной
атмосферы
.
дальности
20
км
достигается
дальность
40
км
.
Оказалось
,
что
снаряд
,
посланный
круто
вверх
с
большой
начальной
скоростью
,
достигает
тех
высоких
разрежен
-
ных
слоев
атмосферы
,
где
сопротивление
воздуха
весьма
незначительно
;
в
такой
слабо
сопротивляющейся
среде
снаряд
пролетает
значительную
часть
своего
пути
и
затем
круто
опускается
на
землю
.
наглядно
показывает
,
как
велико
различие
в
путях
снарядов
при
изменении
угла
возвышения
.
Это
наблюдение
и
положено
было
немцами
в
основу
проекта
сверхдальнобойной
пушки
для
обстрела
Парижа
с
расстояния
более
100
км
.
В
обстановке
особой
секретности
было
изготовлено
несколько
пушек
203-
го
калибра
,
которые
выпустили
по
Парижу
с
марта
по
июль
1918
г
.
свыше
300
снарядов
Рис
. 28.
Немецкая
пушка
«
Колоссаль
».
35
Вот
что
стало
известно
об
одной
из
таких
пушек
(
. 28)
впоследствии
.
Это
была
огромная
стальная
труба
в
34
м
длиной
и
в
1
м
толщиной
;
толщина
стенок
в
казенной
части
40
см
.
Масса
орудия
составляла
750
т
.
Его
120-
килограммовые
снаряды
имели
1
м
в
длину
и
21
см
в
толщину
.
Для
заряда
употреблялось
150
кг
пороха
;
развивалось
давление
5000
атм
,
которое
и
выбрасывало
снаряд
с
начальной
скоростью
2000
м
/
с
.
Стрельба
велась
под
углом
возвышения
52°;
снаряд
описывал
огромную
дугу
,
высшая
точка
которой
лежала
на
уровне
40
км
над
землей
,
т
.
е
.
далеко
в
стратосфере
.
Свой
путь
от
позиции
до
Парижа
– 115
км
–
снаряд
проделывал
за
3,5
мин
,
из
которых
2
мин
он
летел
в
стратосфере
.
Такова
была
одна
из
первых
сверхдальнобойных
пушек
,
прародительница
современной
сверхдальнобойной
Артиллерии
.
Чем
больше
начальная
скорость
пули
(
или
снаряда
),
тем
сопротивление
воздуха
значительнее
:
оно
возрастает
не
пропорционально
скорости
,
а
быстрее
,
пропорционально
второй
и
более
высокой
степени
скорости
,
в
зависимости
от
величины
этой
скорости
.
Почему
взлетает
бумажный
змей
?
Пытались
ли
вы
объяснить
себе
,
почему
бумажный
змей
взлетает
вверх
,
когда
его
тянут
за
шнур
вперед
?
Если
вы
сможете
ответить
на
этот
вопрос
,
вы
поймете
также
,
почему
летит
самолет
,
почему
носятся
по
воздуху
семена
клена
,
и
даже
отчасти
уясните
себе
причины
странных
движений
бумеранга
.
Все
это
–
явления
одного
порядка
.
Тот
самый
воздух
,
который
составляет
столь
серьезное
препятствие
для
полета
пуль
и
снарядов
,
обусловливает
полет
не
только
легкого
плода
клена
или
бумажного
змея
,
но
и
тяжелого
самолета
с
десятками
пассажиров
.
Рис
. 29.
Какие
силы
действуют
па
бумажный
змей
.
Чтобы
объяснить
поднятие
бумажного
змея
,
придется
прибегнуть
к
упрощенному
чертежу
.
Пусть
MN
на
изображает
разрез
змея
.
Когда
,
запуская
змей
,
мы
тя
нем
его
за
шнур
,
он
движется
из
-
за
тяжести
хвоста
в
наклонном
положении
.
Пусть
это
движение
совершается
справа
налево
.
Обозначим
угол
наклона
плоскости
змея
к
горизонту
через
α
.
Рассмотрим
,
какие
силы
действуют
на
змей
при
этом
движении
.
Это
прежде
всего
сила
тяжести
змея
(
с
хвостом
)
OG
и
сила
натяжения
шнура
O'F
.
Воздух
,
конечно
,
должен
мешать
движению
змея
,
оказывать
на
него
некоторое
давление
.
Эта
сила
давления
изображена
на
в
виде
стрелки
OC
;
так
как
воздух
давит
всегда
36
перпендикулярно
к
плоскости
,
то
линия
OC
начерчена
под
прямым
углом
к
MN
.
Силу
ОС
можно
разложить
на
две
,
построив
так
называемый
параллелограмм
сил
;
получим
вместо
силы
ОС
две
силы
,
OD
и
ОР
.
Сила
OD
голнает
наш
змей
назад
и
,
следовательно
,
уменьшает
первоначальную
его
скорость
.
Сила
же
ОР
увленает
змей
вверх
;
она
уменьшает
его
вес
и
,
если
достаточно
велика
,
может
преодолеть
силу
тяжести
змея
и
поднять
его
.
Вот
почему
змей
поднимается
вверх
,
когда
мы
тянем
его
за
шнур
вперед
.
Самолет
–
тот
же
змей
,
только
движущая
сила
нашей
руки
заменена
в
нем
движущей
силой
пропеллера
или
реактивного
двигателя
,
которая
сообщает
аппарату
движение
вперед
и
,
следовательно
,
подобно
змею
,
заставляет
его
подниматься
вверх
.
Здесь
дана
лишь
грубая
схема
явления
;
есть
другие
обстоятельства
,
обусловливающие
подъем
самолета
;
о
них
будет
речь
в
другом
месте
*)
.
37
ерш
ши
Живые
планеры
Вы
видите
,
что
самолеты
устроены
вовсе
не
наподобие
птицы
,
как
обыкновенно
думают
,
а
скорее
наподобие
белок
-
летяг
,
шерстокрылов
или
летучих
рыб
.
Впрочем
,
названные
животные
пользуются
своими
летательными
перепонками
не
для
того
,
чтобы
подниматься
вверх
,
а
лишь
для
того
,
чтобы
сов
ать
боль
е
прыжки
–
«
планирующие
спуски
»,
как
выразился
бы
летчик
.
У
них
сила
ОР
(
. 29)
недостаточна
для
того
,
чтобы
вполне
уравновесить
силу
тяжести
их
тела
;
она
лишь
уменьшает
ее
и
тем
помогает
совершать
огромные
прыжки
Белки
-
летяги
перепрыгивают
расстояния
в
20-30
м
с
верхушки
одного
дерева
к
нижним
ветвям
другого
.
В
Индо
-
Малайской
области
водится
гораздо
более
крупный
вид
летучей
белки
–
тагуан
–
величиной
с
нашу
кошку
;
когда
он
развертывает
свой
«
планер
»,
его
ширина
достигает
полу
-
метра
.
Такие
крупные
размеры
летательной
перепонки
позволяют
животному
совершать
,
несмотря
на
сравнительно
большой
вес
,
перелеты
метров
в
50
.
А
шерстокрыл
,
который
водится
на
Зондских
и
Филиппинских
островах
,
делает
прыжки
длиной
даже
до
70
м
.
Рнс
. 30.
Белки
-
летяги
делают
с
высоты
прыжки
на
расстояние
в
20-30
м
.
Безмоторный
полет
семян
растений
Растения
также
нередко
прибегают
к
услугам
планеров
–
именно
для
распространения
своих
плодов
и
семян
.
Многие
плоды
и
семена
снабжены
либо
пучками
волосков
(
тополиный
пух
,
хохолки
одуванчика
,
козлобородника
,
хлопчатника
),
которые
действуют
наподобие
парашюта
,
либо
же
*)
См
.
статью
«
Волны
и
вихри
»
во
второй
книге
«
Занимательная
физика
».
поддерживающими
плоскостями
в
форме
отростков
,
выступов
и
т
.
п
.
Такие
растительные
планеры
можно
наблюдать
у
хвойных
,
кленов
,
вязов
,
березы
,
гра
ба
,
липы
,
многих
зонтичных
и
т
.
д
.
В
известной
книге
Кернера
фон
Марилауна
«
Жизнь
растений
»
читаем
об
этом
следующее
:
«
При
безветрии
в
солнечные
дни
множество
плодов
и
семян
поднимается
вертикальным
воздуш
-
ным
течением
на
значительную
высоту
,
но
после
захода
солнца
обыкновенно
снова
опускается
непо
-
далеку
.
Такие
полеты
важны
не
столько
для
распро
-
странения
растений
вширь
,
сколько
для
поселения
на
карнизах
и
в
трещинах
крутых
склонов
и
отвесных
скал
,
куда
семена
не
могли
бы
попасть
иным
путем
.
Горизонтально
же
текущие
воздушные
массы
спо
-
собны
переносить
реющие
в
воздухе
плоды
и
семена
на
весьма
большие
расстояния
.
У
некоторых
растений
крылья
и
парашюты
ос
-
таются
в
соединении
с
семенами
только
на
время
полета
.
Семянки
татарника
спокойно
плывут
по
воздуху
,
но
,
как
только
встретят
препятствие
,
семя
отделяется
от
парашюта
и
падает
на
землю
.
Этим
объясняется
столь
частое
произрастание
татарника
вдоль
стен
и
заборов
.
В
других
случаях
семя
остается
все
время
соединенным
с
парашютом
».
Рис
. 31.
Плод
козлобородника
.
На
и
изображены
некоторые
плоды
и
семена
,
снабженные
планерами
.
Растительные
планеры
во
многих
отношениях
даже
совершеннее
изобретенных
человеком
.
Они
поднимают
сравнительно
со
своей
собственной
массой
гораздо
больший
груз
.
Кроме
того
,
этот
растительный
планер
отличается
автоматической
устойчивостью
:
если
семечко
индийского
жасмина
перевернуть
,
оно
само
повернется
обратно
выпуклой
стороной
вниз
;
если
при
полете
семя
встречает
преграду
,
оно
не
теряет
равновесия
,
не
падает
,
а
плавно
опускается
вниз
.
Рис
. 32.
Летучие
семена
растений
:
а
)
клена
,
б
)
сосны
,
в
)
карагача
,
г
)
березы
.
38