Занимательная физика на войне

В минуту можно выпустить не больше 20 снарядов лишь потому, что много времени идет на смену снарядов и зарядов, на открывание и закрывание затвора и т. п. Выстрел же происходит, как отмечалось уже выше (см. стр. 33), в сотые, а то и тысячные доли секунды. В частности для 76-мм пушки выстрел занимает, примерно, одну сотую секунды (0,01 сек.).

Вот тут уже уместно будет спросить себя: а сколько энергии выделяет Волховстрой в такой же промежуток времени? В секунду он совершает 5 000 000 кг-м, значит, в 0,01 сек. работа его равна 50 000 кг-м.

А пушка за это же время дает выстрел и сообщает снаряду 109 330 кг-м энергии, т. е. совершает 109 330 кг-м работы.

Теперь, оказывается, сравнение с Волховстроем было вполне уместно…

Чтобы бросать даже небольшие снаряды на 8 километров электроэнергией, понадобилась бы установка в 2 раза больше Волховстроя! По этой-то причине можно усомниться в возможности устройства выгодных электрических пушек.

Порох пока незаменим как источник энергии для огнестрельного оружия. Всякая другая известная нам энергия способна совершать работу, выделяясь непрерывно, но небольшими порциями, порох же в одно мгновение дает громадную энергию. Итак, пушка, конечно, не может заменить Волховстроя, но Волховстрой тоже не может заменить пушку в выполняемой ею работе.

Вывод неожиданный, но верный.

В заключение надо заметить, что для пороха мы считали не всю выделенную им энергию, а лишь полезную работу, совершаемую им. А так как электрическая пушка тоже не могла бы всю энергию использовать на выбрасывание снаряда (нагревание проводов, преодоление трений снаряда о ствол, придание ему вращения и т. п.), то очевидным становится еще меньшая возможность использования электрической энергии для стрельбы.

Введя все эти поправки, можно придти к выводу, что электростанция, мощностью в 3–4 раза больше Волховстроя, только-только смогла бы совершать работу подобную 76-мм пушке.

Может ли ружье обжечь

Всякий стрелявший быстро ответит — может.

После нескольких выстрелов ствол ружья становится заметно теплее, а после нескольких десятков выстрелов до него дотронешься и тотчас отдернешь руку.

Не даром всякое ружье имеет деревянное «ложе». Дерево плохой проводник тепла, поэтому, сколько ни стреляй, ложе сильно не нагреешь.

Откуда же берется теплота, нагревающая так сильно ствол?

Прежде всего, конечно, от горения (взрыва) пороха. Порох при взрыве выделяет очень много тепла в очень короткий промежуток времени, поэтому образовавшиеся при взрыве газы нагреваются до очень высокой температуры, в несколько тысяч градусов (от 2 000 до 3 500). Часть этого тепла превращается в механическую энергию (выбрасывание пули), значительная же часть (ок. 2/3) идет на нагревание ствола. Естественно поэтому, что ствол так сильно нагревается при стрельбе, что может обжечь неосторожного.

Однако для ружья (винтовки) это существенного значения не имеет, так как редко, когда подряд, без перерывов, приходится делать много выстрелов. Обычно стрелок, выпустив 10–15 патронов, передохнет. А в это время ствол остынет. Одним словом, у ружей на нагревание ствола их не вызывает особенных неудобств.

Совсем другое дело пулемет. Тут уж, благодаря автоматичности заряжания и стрельбы, выстрелы следуют один за другим с большой скоростью. Здесь уже ствол так сильно накаляется, что если его не сменять или не охлаждать искусственно, стрельба станет невозможной.

Некоторые пулеметы, например, системы Кольта (рис. 21), специально для более быстрого охлаждения имеют ствол особой ребристой формы.

Рис. 21. Пулемет системы Кольта: 1) ствол ребристой формы для уменьшения нагревания его при стрельбе.

Ребра на стволе, с одной стороны, увеличивают нагреваемую массу а, с а с другой стороны — они увеличивают площадь охлаждения.

Чем больше масса тела, тем меньше оно нагреется одним и тем же количеством теплоты.

А чем больше площадь охлаждения, т. е. поверхность, соприкасающаяся с воздухом, тем быстрее тело охладится.

Однако после нескольких сотен выстрелов и такой ствол накалится весьма значительно. И если его не сменить, ствол быстро испортится благодаря размягчению стали.

По всем этим причинам при пулемете Кольта есть всегда запасный ствол, заменить которым накалённый ствол можно в несколько секунд. Чтобы не обжечь при этом рук, пулеметчик надевает особые асбестовые[20] перчатки.

Самый скорый «самовар»

Необходимость смены стволов в пулемете Кольта делает их неудобными во многих случаях боя. Поэтому наиболее употребительны в войсках пулеметы системы Максима (рис. 22), имеющие водяное охлаждение ствола.

У таких пулеметов поверх ствола одевают особый «кожух» — полый железный цилиндр с отверстиями для наливания и выпуска воды и для выхода пара (см. рис. 22).