Как уменьшить сопротивление воздуха

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 доберётесь 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 {185} воздуха, сильно засасывавшая снаряд, отнимавшая у него значительную часть скорости.

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.

Тем большее значение имеет форма снаряда: ведь снаряд движется во много раз быстрее автомобиля, он встречает огромное сопротивление воздуха. Взгляните на все предыдущие рисунки с раздела. Перед вами четыре снаряда разной 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 правом рисунке.

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.

А вот другой снаряд: скорость его значительно больше, чем у первого, а потому он испытывает и большее сопротивление воздуха, — предположим, равное давлению 100 атмосфер. Пусть он летит так быстро, что за ним позади образуется почти полная пустота: частицы воздуха не успевают ее заполнить. Разница с нормальным давлением составляет целую атмосферу.

Но это всего лишь 1 процент — всего сотая часть — того давления, которое испытывает головная часть такого снаряда!

Вот почему снарядам, летящим с очень большой скоростью, придают теперь такую форму, при которой головная часть их очень сильно заострена. А снарядам, летящим сравнительно медленно, можно и не очень заострять головную часть, но зато нужно обязательно удлинить и сильно скосить их донную часть.

30 лет тому назад граната 76-миллиметровой пушки могла пролететь около 8,5 километра.

Но стоило только заострить ее головную часть, удлинить и скосить длинную часть, как граната такого же веса стала лететь больше чем на 11 километров; простое изменение формы снаряда увеличило почти на одну треть дальность его полета.