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 воздуха, сильно засасывавшая снаряд, отнимавшая у него значительную часть скорости (см. рис. 140).
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.
Рис. 143. Если бы снаряд с плоской поверхностью вылетел из ствола орудия со сверхзвуковой скоростью, он вызвал бы огромное сопротивление воздуха и через короткое время потерял бы свою скорость
Тем большее значение имеет форма снаряда: ведь снаряд движется во много раз быстрее автомобиля, он встречает огромное сопротивление воздуха.
Взгляните на рис. 140 и 143–145. Перед вами четыре снаряда развой 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 рис. 145.
Рис. 144. Велико было бы сопротивление воздуха шаровому ядру, летящему со сверхзвуковой скоростью
Рис. 145. Наименьшее сопротивление воздуха вызывает современный дальнобойный снаряд обтекаемой формы
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.
Рис. 146. При улучшении формы снаряда значительно увеличивается дальностьего полета
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 донную 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 (рис. 146).
Какой снаряд летит дальше – легкий или тяжелый?
Секрет дальнобойности – не только в форме снаряда.
Выпустим снаряды одинаковой формы из трех разных орудий.
Орудия эти подобраны так, что начальная скорость их снарядов одна и та же – 442 метра в секунду. Снаряды почти совершенно одинаковы по форме. Пусть и угол бросания у всех трех орудий будет один и тот же – 20 градусов (рис. 147).