Рис. 131. Так представляли себе полет снаряда артиллеристы XVI века
Сколько бы раз вы так ни стреляли, в цель вы не попадете никогда: всякий раз снаряд будет падать на землю и разрываться, пролетев всего лишь метров 200–300. Если вы будете продолжать опыты, то скоро придете к такому выводу: чтобы попасть, надо направить ствол не в цель, а несколько выше ее (см. рис. 130).
Рис. 132. Брошенный камень летит по кривой
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.
Как далеко летит снаряд
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).