В давние времена, когда люди не знали еще, что такое порох, полководцы при осаде крепостей употребляли огромные метательные машины.
Действовала такая машина с помощью тетивы. А тетива у нее была тугая и толстая, во много раз толще, чем у лука. Сплетали ее из кишок и воловьих жил.
Древние «артиллеристы» часами крутили специальный ворот, чтобы натянуть тетиву. Потом по команде начальника ее отпускали, - и в осажденный город летел увесистый камень, бочонок с горящей смолой или стрела величиной с добрую корабельную мачту.
Называли эти машины баллистами, от греческого слова «балео», что значит «метать», «бросать». Но ведь порох тоже «бросает» пули и снаряды. Поэтому впоследствии науку о выстреле - вернее, о движении снаряда в стволе и в воздухе - назвали баллистикой.
Это очень важная наука. Без баллистики в военном деле не обойдешься.
Без нее невозможно рассчитать и построить современное огнестрельное оружие, без нее невозможно метко стрелять.
Артиллерист, не знающий баллистики, подобен землемеру, не знающему геометрии. Он действует наугад и только зря тратит порох.
Баллистика нужна и стрелку. Зная законы полета своей пули, он будет уверенно направлять ее в цель.
Без мотора и руля
Далеко летают современные самолеты.
Пока работает мотор и вращается пропеллер, механическая птица спокойно парит над облаками. Пилот поворачивает рули, и она то приближается к земле, то вновь взмывает ввысь.
Пилот держит машину «в руках» и по своему желанию поворачивает ее направо или налево, на юг или север. В продолжение всего полета самолет послушно выполняет волю человека.
У пули мотора нет. Покинув ствол, она предоставлена сама себе. Источник ее энергии - давление пороховых газов - перестает действовать. Она летит по инерции, как мяч, подброшенный ногой футболиста.
Нет у пули и рулей. Вылетела из ствола, и кончено! Стрелок уж над нею не властен и ничем не может изменить ее направление. Значит, надо заблаговременно, еще до того, как боек разбил капсюль, дать ей правильный маршрут. Без баллистики это вряд ли удастся.
Невидимая дуга
Метров за четыреста от вас поставили какую-нибудь крупную мишень, ну хотя бы станковый пулемет. Направьте ствол винтовки прямо в него и попробуйте попасть.
Вечный магнит
Поднимем ствол винтовки под углом в 45 градусов, выстрелим и посмотрим, как будет вести себя пуля.
Если бы на пулю не действовала никакая другая сила, кроме инерции движения, она летела бы прямолинейно и бесконечно. Но вы знаете, что какая-то сила заставляет пулю опускаться, тянет ее вниз, как магнит. Этот магнит - сила притяжения Земли, то, что мы называем тяжестью.
Выброшенная ударом пороховых газов, наша пуля устремится вперед и вверх со скоростью 865 метров в секунду и одновременно начнет падать вниз по направлению к центру Земли, подчиняясь закону свободного падения тел.
Закон этот, открытый Галилеем, говорит, что любое свободно падающее тело, будь то камень, щепка, мяч или бомба, в первую секунду проходит 4,9 метра, а в каждую последующую секунду скорость его падения возрастает на 9,8 метра.
Вначале скорость падения намного меньше скорости движения вверх и не мешает пуле подниматься все выше и выше от земли.
Три спутника
Если бы на Земле внезапно исчезла атмосфера, мы действительно смогли бы стрелять из винтовки на 76 километров. Такова дальность полета пули в безвоздушном пространстве.
Но земной шар окутан слоем воздуха. Воздух и нарушает все наши расчеты. Сопротивление воздуха и есть та сила, которая укорачивает путь пули почти в двадцать два раза.
Неужели воздух, прозрачный и почти невесомый, способен затормозить летящую пулю? С первого взгляда это кажется почти невероятным. Ведь даже муха, которая в миллионы раз слабее смертоносной пули, без всякого труда разрезает воздух своими хрупкими крылышками.
Вспомните, однако, что этот же воздух, приведенный в движение, мчит вперед тяжело груженные парусные корабли, яростно обрушивает на берег тысячетонные океанские волны, с корнем вырывает вековые дубы. Недаром сказочный владыка ветров и ураганов Борей считался в древности грозным божеством.
Все дело в скорости.
Прихожане собора святого Павла в Лондоне однажды с удивлением смотрели на странное зрелище. Высоко, почти под самым куполом, примостился какой-то человек. Время от времени он бросал вниз полые стеклянные шарики. Это был знаменитый английский ученый Исаак Ньютон. Наблюдая по часам, сколько времени падают шары, брошенные с различной высоты, Ньютон доказал, что сопротивление воздуха резко возрастает при увеличении скорости движущегося тела.
Ньютон полагал, что сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости. И это действительно так, если тело проходит не больше 240 метров в секунду. Если же скорость больше, сопротивление растет еще быстрее.
Пешеходу в тихую погоду воздух кажется совсем неподвижным. Но стоит ему сесть на велосипед, как в ушах у него засвистит ветер. В этом нет ничего удивительного. Ведь он увеличил скорость движения в пять раз, значит сопротивление воздуха увеличилось в двадцать пять раз.
Выглянув из окна курьерского поезда, который, предположим, проходит 120 километров в час, то есть 34 метра в секунду, вы почувствуете такой удар «ветра», что поневоле зажмурите глаза. А высунуться из кабины истребителя, летящего со скоростью 130 метров в секунду, прямо страшно: ощущение такое, что вот-вот вам оторвет голову.
Пуля - одна из самых скорых путешественниц. Она мчится в пятьдесят раз быстрее автомобиля, в двадцать пять раз быстрее курьерского поезда и в шесть раз быстрее истребителя.
Через 600 метров скорость пули падает чуть ли не вдвое, а еще через 600 - снова уменьшается почти вдвое.
В безвоздушном пространстве она пролетела бы 1,5 километра меньше чем за две секунды, а в воздухе у нее на это уходит четыре секунды.
Воздух и форма
Для пули сопротивление воздуха - непобедимый противник. Уничтожить его нельзя. Можно лишь уменьшить его силу. Как же это сделать?
Если надо забросить камень подальше, вы не возьмете первый попавшийся под руку. Один забракуете потому, что слишком легок, другой - потому, что слишком велик, третий-потому, что он какой-то угловатый, искривленный, несуразный по форме.
Выбрать пулю подходящего веса, размера и формы гораздо важнее. Ведь пуля летит в тысячу раз быстрее камня. Значит, все надо тщательно рассчитать и обдумать, не то плохо придется ей в поединке с воздухом.
Взгляните на щуку. Сразу можно сказать, что это отличный пловец. Остромордое, узкое, вытянутое тело речной хищницы как будто специально создано, чтобы рассекать воду и молнией бросаться на зазевавшегося карася.
Фотография летящей пули.
Между тем началась новая эпоха. По дорогам помчались автомобили, в небо взвились самолеты. Борьба за скорость разгорелась с особенным ожесточением. Техника лихорадочно искала любые средства, чтобы уменьшить сопротивление воздуха.
Изучению быстрых, не воспринимаемых простым глазом движений помог объектив фотоаппарата. Чувствительная пленка дала возможность увидеть даже молниеносный полет пули.
Вот на фотоснимке пуля гонит перед собой частицы воздуха. Воздух сдавливается, становится плотным, как снег под полозьями саней. От этого уплотнения во все стороны расходится головная волна. Она хорошо видна на снимке. Пустота же, которую пуля оставляет позади себя, не успевает сразу заполниться. Струи воздуха, обтекающие пулю, круто обрываются с прямоугольных краев донышка и, попав в пустоту, клубятся, как пыль за кузовом автомобиля. Образуются завихрения. За донышком пули тянется хвостовая волна.
Плотный, утрамбованный воздух давит на головку пули и как бы отталкивает ее назад в пустоту, где давление гораздо меньше.
Значит, пустота за донышком вредная. Из-за нее пуля летит медленнее. Надо, стало быть, пустоту заполнить. Но чем?
Попробовали сначала воздухом. Просверлили пулю насквозь от головки до хвоста. Воздушная струя текла через это отверстие, как вода по трубе, и заполняла разреженное пространство.