Просмотр полной версии : Задачки. Физика.
В существующей уже теме "задачки" около 70 страниц. Навигация по такой теме - работа для энтузиастов.
Поэтому позволил себе создать новую тему в которой для затравки предлагаю обсудить следующий вопрос:
Почему нарезное стрелковое оружие имеет большую дальность и точность по сравнению с гладкоствольным?
Честно говоря, у меня самого нет полного понимания физики явления. Возможно, кто-нибудь здесь подскажет.
Пример крымской войны 1853-56 гг. на практике продемонстрировал преимущество нарезного оружия.
Точнее, продемонстрировано было преимущество унитарного патрона.
Нарезные ружья к тому времени уже существовали, в том числе и в России.
У Пушкина в "Капитанской дочке" читаем примерно такую фразу: "...в его избе на стене висела ВИНТОВКА...". То есть во времена Пугачева винтовка уже была.
Нарезными ружьями вооружались специальные воинские соединения - егеря. Обычно они стреляли из засады, укрытия. Точность стрельбы обеспечивали более высокую.
Но поскольку ружья заряжались с дульной части, время зарядки было нарезного ружья было заметно бОльшим.
Унитарный патрон решил сразу несколько проблем:
- заряжание с казенной части - существенное увеличение скорости зарядки.
- надежность выстрела - кремниевый запал менее надежен, чем механизм ударного действия:
- надежность и простота хранения - порох не отсыревает, не надо хранить пули отдельно от пороха.
И все-таки, за счет чего улучшаются баллистические характеристики нарезного оружия?
Тут на память приходит "эффект гироскопа".
Упрощенный ответ, ориентированный на аудиторию старших школьников таков: за счет гироскопического эффекта (или эффекта волчка) пуля в полете не кувыркается. Поэтому и ....
Этот ответ не устраивает по следующим основаниям:
- для пули шарообразной формы проблемы "кувыркания" нет. А мы знаем, что именно шарообразные заряды были распространены в гладкоствольную эпоху.
- что именно стабилизирует "эффект гироскопа", каковы пределы его возможностей?
Эффект гироскопа - это техническое название. Теоретическая механика называет его "закон сохранения момента количества движения"
Момент количества движения (МКД) - величина векторная.
Направление вектора совпадает с направлением оси вращения.
А скалярное значение (модуль) зависит от момента инерции вращающегося тела и угловой скорости вращения.
Исходя из названия закона - вектор МКД должен сохраняться.
Эффект сохранения его величины мы наблюдаем когда вращающийся на льду фигурист сжимаясь, ускоряет вращение. Когда фигурист прижимает к телу расставленные руки, его момент инерции относительно вертикальной оси уменьшается. Соответственно, увеличивается угловая скорость вращения - чтобы МКД оставался постоянным.
Для вопроса о баллистике нарезного оружия существенным является направление вектора МКД снаряда, которое совпадает с осью его вращения. А поскольку вращение было задано винтовой нарезкой канала ствола, направление вектора МКД совпадает с продольной осью канала ствола.
Благодаря этому пуля (снаряд) будет сохранять направление оси своего вращения, совпадающее с продольной осью ствола.
На самом деле эти оси не вполне совпадают - снаряд имеет прецессию и нутацию. Но для понимания сути явления этим можно пренебречь.
Таким образом, снаряд летит носиком вперед, не кувыркаясь.
Но закон сохранения МКД не препятствует параллельному переносу - например вбок. Ведь направление вектора МКД при параллельном переносе не изменится. То есть, к примеру, снаряд может сноситься боковым ветром.
Здесь мы подходим к интересному вопросу: почему во времена Пушкина мастера стрельбы делали из туза десятку выстрелом из пистолета, а на дуэли не попадали с 10 шагов?
Неумеха Пьер Безухов попал, а профессионал Долохов промахнулся.
Дело в том, что у каждого гладкоствольного пистолета тех времен был свой норов. Пулю уводило в сторону. Для каждого пистолета индивидуально но всегда на тот же угол. Эта системная ошибка была связана с качеством изготовления - каверны на выходе из канала стола, нарушение формы выходного отверстия.
Выбивая десятку из туза гусар использовал пристрелянный пистолет, с известным ему уводом пули. Дуэлянты стрелялись неизвестными им пистолетами. Иногда – совсем новыми - из магазина. Куда уведет пулю – заранее не известно. В этом была высшая справедливость – Божий суд.
Продолжение следует.
А есть данные по сравнению точности стрельбы современных танковых орудий? AFAIK они сейчас бывают и гладкоствольные, и нарезные. Только снаряд не шарообразный. Да и для охотничьих ружей существуют нешарообразные пули.
У шарообразной пули вектор момента импульса еще в стволовом канале может быть задан не соответсвующий продольной оси. Вернее он с вероятностью 99% не будет ей соответствовать.
Там вообще-то физика за пределами школьной и даже частично вузовской-не-инженерной программы. Так как, насколько я понял, дифференциальные уравнения движения все второго порядка по времени. Но я в этом не особо разбираюсь, можно даже сказать, что совсем не разбираюсь.
http://en.wikipedia.org/wiki/Rifling
http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum
Там вообще-то физика за пределами школьной и даже частично вузовской-не-инженерной программы. Так как, насколько я понял, дифференциальные уравнения движения все второго порядка по времени. Но я в этом не особо разбираюсь, можно даже сказать, что совсем не разбираюсь. А в чем ты разбираешься, если не секрет?
Так как, насколько я понял, дифференциальные уравнения движения все второго порядка по времени. Но я в этом не особо разбираюсь, можно даже сказать, что совсем не разбираюсь.
http://en.wikipedia.org/wiki/Rifling
http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_momentum
Решать эти диффуры не надо. За нас это сделали предки. Т.е. они тоже не решали их в лоб. Где-то экспериментальные данные, где-то более простые модели.
Вообще, те уравнения, которые не решаются в аналитическом виде, научились решать только с появлением ЭВМ. Да и то - далеко не все. А механика появилась и успешно развилась задолго до этого.
Википедию по указанным ссылкам прочитал. Как всегда в википедии - информации много но она поверхностна.
У шарообразной пули вектор момента импульса еще в стволовом канале может быть задан не соответсвующий продольной оси. Вернее он с вероятностью 99% не будет ей соответствовать.
Это так. Но какое это имеет значение для шарообразной пули?
Написанное выше требует корректировки.
В Крымскую войну 1853-56 гг унитарный патрон еще не использовался. Хотя уже в 40-х года XIX в. немцами был создан унитарный патрон для штуцера.
Он имел бумажную гильзу,а капсуль находился в основании пули (а не гильзы). Длинный игольчатый боек с ходом 70мм протыкал порох в гильзе и ударял по капсулю.
Капсульное воспламенение в Севастополе уже было. В том числе и у наших. Еще в 1830 году ружья с капсульным запалом стали поступать на вооружение русской армии.
Англичане в Севастополе использовали винтовки Энфилда, которые заряжались с дульной части. Ускорение заряжания достигалось за счет того, что пуля не туго входила в канал ствола, а будучи завернутой в промасленную бумагу, сравнительно легко проходила.
При выстреле заднюю коническую часть пули распирало, что обеспечивало плотное движение пули по нарезке. В "Википедии" написано, что винтовка Энфидла стреляла шарообразными пулями. Но насколько можно доверять Википедии?
По мощности заряда русские ружья практически совпадали с английскими. Но наши гладкоствольные обеспечивали дальность стрельбы до 200 м., в то время как винтовки Энфилда - 800 м.
Нарезные ружья появились еще в XVI веке и были элитным охотничьим оружием. Заряжались с дульной части. Свинцовая пуля туго заколачивалась в ствол.
Первое успешное боевое применение нарезного оружия - война за независимость США. 1775-83 гг.
Колонисты (будем их называть американцами) использовали так называемые "Кентуккийские винтовки" и разрозненный строй. А войска метрополии - гладкоствольные ружья и традиционный сомкнутый строй. Англичане упрекали американцев, что так воевать не честно и не по правилам. (Подобно тому, как Наполеон жаловался в письмах Александру I что русские воюют не по правилам).
Это так. Но какое это имеет значение для шарообразной пули?
Если совсем примитивно, то в случае с вращением вокруг собсвенной оси, которая перпендикулярна продольной оси, то мы получаем стабильный систему с гироскопическим эффектом. То есть крайне инертную и стабильную систему с заданными параметрами перемещения. В случае же с круглой пулей эти вращения не будут перпендикулярны, то есть вектор угловой скорости вращения пули не будет совпадать с ось движения заданной каналом ствола. Такая система не стабильна, в отличии от первой.
Такая система не стабильна, в отличии от первой.
О какой стабильности идет речь?
Пусть шарообразная пуля вращается вокруг любой из своих осей или "кувыркается" - для полета шара это не имеет значения.
А параллельному переносу "гироскопический эффект" не препятствует.
Т.е. я хочу сказать, что если ствол на выходе имеет каверну, пуля будет уведена в сторону и "гироскопический эффект" ничем тут не поможет.
Вот данные о скорости выхода пули из канала ствола:
Гладкоствольное охотничье ружье, свинцовая безоболочечная пуля = 440 м/с
то же, но пуля - свинец + сурьма = 460 м/с
автомат Калашникова (7.62) = 710 м/с
карабин Мосина = 810 м/с
Винтовка Мосина (трехлинейка) = 814 м/с
Как видим, все эти скорости превышают скорость звука в воздухе, а пуля из нарезного ствола вылетает со скоростью 2М или выше (М - число Маха = скорости звука)
В этом кроется объяснение, почему круглая пуля плохо летит.
По той же причине, по которой профиль самолетного крыла для дозвуковых скоростей каплевидный, т.е. имеющий закругленную переднюю кромку, а для свер**вуковых - заостренную.
На высоких скоростях полета сказывается сжимаемость воздуха. Особенно - на свер**вуковых. Передняя точка летящего тело "гонит" перед собой конус уплотнения воздуха. Если летящее тело пересекает какой-либо своей частью этот конус уплотнения, сопротивление воздуха возрастает в разы. Я не знаю, во сколько именно раз, скорее всего закон роста - степенной, если не экспоненциальный.
Когда пуля остроносая, все ее тело находится внутри конуса уплотнения, создаваемого ее носиком. Шарообразная пуля или пуля с закругленной передней частью имеет точки которые пересекают конус уплотнения, создаваемый передней точкой.
Действительно, проведите из точки на окружности прямую. Если только это не касательная, будет еще одна точка пересечения прямой и окружности. Теперь представьте, что эта точка на окружности - самая "передовая" точка летящей пули (теперь уже на шаре - мы перешли из плоскости в пространство). Конус с вершиной в передней точке пули и направленный назад по ее движению обязательно пересечет тело шара. Т.е. найдутся такие точки шара, которые будут вне этого конуса.
Этим, в частности, объясняется невысокая дальность пистолетов-пулеметов. Например, у ППШ - 200 м. Есть еще другие причины - меньший пороховой заряд патрона, свободный затвор. Но эти факторы второстепенные по сравнению с формой пули, они не могут объяснить такой значительной разницы в дальности полета. Так, дальность поражения "трехлинейки" = 1,5 км!
О какой стабильности идет речь?
Пусть шарообразная пуля вращается вокруг любой из своих осей или "кувыркается" - для полета шара это не имеет значения.
А параллельному переносу "гироскопический эффект" не препятствует.
Т.е. я хочу сказать, что если ствол на выходе имеет каверну, пуля будет уведена в сторону и "гироскопический эффект" ничем тут не поможет.
А если не будет? Все равно шарообразная пуля не сможет лететь так же точно в цель, как нарезная и дело тут как раз в приложении сил. У нарезной есть вектор движения вперед и вокруг своей оси с угловой скоростью по вектору совпадающей с осью движения, а шарообразной скорее всего вектор угловой будет не совпадать с вектором движения и соответственно на нее будет в полете действовать отклоняющая сила.
Винтовка Мосина (трехлинейка) = 8140 м/с
Ммм! Да у тебя она стреляет со скоростью выше первой космической))) Не плохая такая винтовка)))
Граф Орлов
14.11.2010, 01:01
Пусть шарообразная пуля вращается вокруг любой из своих осей или "кувыркается" - для полета шара это не имеет значения.
Ты не прав, имеет: http://www.technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/0/2094
Тут на память приходит "эффект гироскопа".
Упрощенный ответ, ориентированный на аудиторию старших школьников таков: за счет гироскопического эффекта (или эффекта волчка) пуля в полете не кувыркается. Поэтому и ....
Этот ответ не устраивает по следующим основаниям:
- для пули шарообразной формы проблемы "кувыркания" нет. А мы знаем, что именно шарообразные заряды были распространены в гладкоствольную эпоху.
- что именно стабилизирует "эффект гироскопа", каковы пределы его возможностей?
Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п — быстро вращающееся твёрдое тело (ротор), ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё моментов внешних сил.
т.е. смысл не в кувыркании пули, а в том что раскрученная она сохраняет неизменное направление...
деффекты ствола при этом в расчет не берутся... их быть не должно...
Для вопроса о баллистике нарезного оружия существенным является направление вектора МКД снаряда, которое совпадает с осью его вращения. А поскольку вращение было задано винтовой нарезкой канала ствола, направление вектора МКД совпадает с продольной осью канала ствола.
Благодаря этому пуля (снаряд) будет сохранять направление оси своего вращения, совпадающее с продольной осью ствола.
именно так...
Но закон сохранения МКД не препятствует параллельному переносу - например вбок. Ведь направление вектора МКД при параллельном переносе не изменится. То есть, к примеру, снаряд может сноситься боковым ветром.
это ещё что... вот вам привет от моего склероза:
4160
вот такое вот нам на физике рисовали... ну не в школе понятное дело....
это как раз пуля/снаряд и что будет с ней происходить при боковом ветре...
будет ли при этом она смещаться в сторону... вот этого я не помню...
А в чем ты разбираешься, если не секрет?
А что это ты вдруг заинтересовался?
Ммм! Да у тебя она стреляет со скоростью выше первой космической))) Не плохая такая винтовка)))
Апичатка вышла :) Исправил.
Ты не прав, имеет: http://www.technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/0/2094
Большое спасибо!
Этот фактор я не учел.
Действительно, если ось вращение НЕ совпадает с направлением движения, то возникает составляющая силы, перпендикулярная направлению движения.
Т.е. если вращающуюся пулю при выходе из канала ствола уведет в сторону или при боковом ветре, возникнет составляющая, двигающая ее вверх или вниз, в зависимости от направления вращения - если пуля вращается ПО часовой стрелке, то при уводе вправо ее будет уводить вниз, а при уводе влево - вверх.
У шарообразной пули при этом больше шансов быть уведенной, т.к. ее вектор момента импульса может не совпадать с направлением движения.
т.е. смысл не в кувыркании пули, а в том что раскрученная она сохраняет неизменное направление...
Ну да, об этом я и писал.
Но под направлением, которое сохраняется, понимается направление оси пули, а не траектории ее полета. Т.е. пуля будет лететь носиком вперед, но при этом ничто не мешает ей смещаться вбок, если при выходе из канала ствола она получила боковую составляющую скорости.
деффекты ствола при этом в расчет не берутся... их быть не должно..
Конечно, не должно. Но в реальности они всегда есть. В этом и состоит вопрос: помогает ли вращение пули преодолевать влияние дефекта ствола?
это ещё что... вот вам привет от моего склероза:
4160
вот такое вот нам на физике рисовали... ну не в школе понятное дело....
это как раз пуля/снаряд и что будет с ней происходить при боковом ветре...
будет ли при этом она смещаться в сторону... вот этого я не помню...
При этом она будет смещаться ВВЕРХ.
Скорость потока вверху совпадает с направлением вращения и будет выше, чем внизу. Сл-но по закону Бернулли давление наверху будет ниже.
Не уверен, что именно такое объяснение будет корректным. Тогда придется привлечь постулат Чаплыгина-Жуковского :)
Конечно, не должно. Но в реальности они всегда есть. В этом и состоит вопрос: помогает ли вращение пули преодолевать влияние дефекта ствола?
думаю нет... не помагает...
п.с. опять же... важно чтобы на выходе из ствола деффектов не было, а какой он там внутри не думаю что влияет...
При этом она будет смещаться ВВЕРХ.
Скорость потока вверху совпадает с направлением вращения и будет выше, чем внизу. Сл-но по закону Бернулли давление наверху будет ниже.
Не уверен, что именно такое объяснение будет корректным. Тогда придется привлечь постулат Чаплыгина-Жуковского :)
помню что принцип такой же как у крыла (я тогда аэродинамикой не много увлекался)....
п.с. а зачем отвечать тремя постами?
п.с. а зачем отвечать тремя постами?
Не стреляйте в пианиста - играет как умеет.
В предыдущей версии форум объединял посты сам.
Видео по теме
http://discovery.rambler.ru/video/47449/
Может, баян, но рискну.
Задачка по физике на экзамене в средней китайской школе.
Вопрос:
Медведь упал в яму-ловушку глубиной 19.617 метров. Время его падения составило 2 секунды. Какого цвета был медведь?
А. Белый (полярный медведь)
B. Бурый
C. Чёрный
D. Чёрно-коричневый (малайский медведь)
E. Серый (гризли)
Чур в интернете ответ не подсматривать. :)
Я не знаю, какого он был цвета, но точно знаю, что он пел, когда летел. А когда приземлился сказал: "Мама!"
Эффект Допплера, ящетаю
Неа. Там чет с ускорением свободного падения, типа оно разное на разных широтах. У меня в школе примерно такая задача была, но уже не помню как ее решать.
Почти в точку, ultra. Решение выстроено на аццкой логике потребителей медвежьей желчи, связавших разницу ускорения свободного падения в разных частях Земли, особенности ландшафта и зоологию до кучи. :)
Али Гарх
21.02.2011, 13:59
Медведь в вакууме. Наверное, какая-нибудь секретная лаборатория Пентагона.
Да разное, разное. Же - оно на 45 параллели в вакууме, вроде.
Граф Орлов
22.02.2011, 14:38
Вот решение похожей задачи с сегодняшнего БАШа (видимо весь рунет подсел на медведа):
Условие: Медведь катится с горки. Дано: масса медведя m, его начальная скорость v, его конечная скорость v', длина горки L, угол горки a. Сила трения равна нулю.
Вопрос: какого цвета медведь катится с горки - бурого, белого, или какого-нибудь ещё?
Решение:
В условии сказано, сила трения Fтр = 0. Очевидно, перед нами т.н. "идеальный медведь". Идеальный медведь не имеет физических размеров, а значит не может отражать цвет. Т.о., в привычном понимании перед нами бесцветный медведь. Но известно, что медведь имеет ненулевую массу, а значит обладает энергией которую может излучать в виде фотонов. Физические размеры медведя равны нулю, а масса отлична от нуля => внутреннее давление и температура медведя огромны, а значит:
1) медведь состоит из осколков атома водорода,
2) излучает ультрафиолет,
3) в виду огромной плотности массы представляет из себя чёрную дыру.
Ответ: перед нами абсолютно чёрный медведь.
Решение:Используя классическую формулу S=gt2/2, вычисляем, что g (ускорение свободного падения) = 9.8085 m/s2. Многие подумают, что это ускорение из-за силы тяжести на полюсах. Они ошибутся, т.к. g на Северном полюсе равно 9.832, чтоб больше значения, которое мы получили. Даже на экваторе g уже равняется 9.780.
Посмотрев на таблицу значений, мы видим, что нужного ускорения можно достичь на 44° широты. Т.к. в Южном полушарии на данной параллели медведей нет, то место обитания нужных нам медвей находится на 44° северной широты.
В задаче сказано, что медведь упал в яму-ловушку, а это означает, что яма была достаточно большая, чтобы вместить его. На суше обитает не так много животных больше медведя, значит данная ловушка была сделана специально для медведей.
В добавок, т.к. ловушка была на земле, мы можем быть уверены, что это сухопутный медведь, т.к. большинство особей сухопутных медведей имеют плохое зрение, поэтому хуже различают ловушки.
В таком случае только варианты B и C могут быть верными.
Яму глубиной 19.617 метров можно легко вырыть только в мягкой почве.
Бурые медведи обычно обитают на возвышенностях и в горных лесах. Они свирепые животные и риск охоты на них — велик. Но ценятся они меньше, чем чёрные медведи. Так для получения медвежьих лап и желчи используются в основном чёрные медведи.
Т.к. ареал обитания этих двух видов не совпадает, то можем заключить, что правильный вариант C.
Граф Орлов
22.02.2011, 14:51
Почему в задачах только черные медведи? Это окрасовая дискриминация!
Тебе же написали: "для получения медвежьих лап и желчи используются в основном чёрные медведи". Кому все прочие нужны-то? Только гринпису.
Али Гарх
22.02.2011, 15:31
Что вы спорите. Всем известно, что цвета Медведа синие.
Решение задачи из ряда "Но Холмс! Как вы догадались?"
Дедуктивный метод Холмса был неоднократно высмеян в анекдотах.
Да нет, решение логичное, кроме последней части - да и то не факт. Бурые замечательно обитают и не в горах. Говорю как житель 50 параллели, так что, может, на 600 км южнее тайги уже и не найти, приходится уходить в горы
Да нет, решение логичное, кроме последней части - да и то не факт. Бурые замечательно обитают и не в горах. Говорю как житель 50 параллели, так что, может, на 600 км южнее тайги уже и не найти, приходится уходить в горы А белый медведь мог сбежать из зоопарка или цирка.
Граф Орлов
22.02.2011, 17:19
А белый медведь мог сбежать из зоопарка или цирка.
А ловушку выкопал Метрострой, ага...
Ну тогда и дело могло происходить в Тау Кита. Там же про Землю ни слова. Словоблудие кароче.
Лада, спасибо, решение было влом гуглить, но окончание оказалось очень даже забавным!)))
Powered by vBulletin® Version 4.1.9 Copyright © 2026 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved. Перевод: zCarot