Рис. 139. Быстро идущая яхта создает две волны – носовую и кормовую
За кормой вытесненная яхтой вода стремится занять место, освободившееся после того, как яхта прошла.
И за кормой также тянутся длинные волны вправо и влево.
Нечто подобное происходит и в воздухе во время полета снаряда (рис. 140). Перед его головной частью образуется уплотнение воздуха. От этого уплотнения расходится во все стороны головная волна. Позади летящего снаряда образуется зона разреженного воздуха: пустота, которую оставил позади себя снаряд, вытолкнувший частицы воздуха, еще не успевает заполниться. Частицы воздуха несутся со всех сторон в эту пустоту, стремясь ее заполнить. Образуются завихрения. За дном снаряда тянется хвостовая волна.
Сгущение воздуха впереди головной части снаряда тормозит его полет. Разреженная зона позади снаряда засасывает снаряд и этим еще усиливает торможение. Кроме того, стенки снаряда испытывают трение о частицы воздуха.
Головная волна, резко увеличивающая торможение снаряда, возникает в том случае, когда скорость снаряда равна или больше скорости звука. Скорость звука, как известно, приблизительно равна 340 метрам в секунду, а снаряды многих орудий летят вдвое и даже втрое быстрее звука.
Рис. 140. Сопротивление воздуха летящему снаряду при быстром полете снаряда создает в воздухе головную и хвостовую волны и завихрения
Если скорость снаряда равна скорости звука, то снаряд летит как бы на гребне звуковой волны (рис. 141).
Если же скорость снаряда больше скорости звука, то в этом случае снаряд обгоняет все звуковые волны, образующиеся . перед его головной частью (рис. 142). И в том и в другом случае движение снаряда сильно тормозится, он быстро теряет свою скорость.
Рис. 141. Распространение звуковых волн, порождаемых в воздухе снарядом, двигающимся со скоростью звука
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.
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 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.