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.
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
А в чем ты разбираешься, если не секрет?Сообщение от akots
Я не настолько молод, чтобы знать все. Оскар Уайлд
Гуманитарии всех стран, соединяйтесь!
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.
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).
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.
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!
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.
Ты не прав, имеет: http://www.technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/0/2094
т.е. смысл не в кувыркании пули, а в том что раскрученная она сохраняет неизменное направление...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.
деффекты ствола при этом в расчет не берутся... их быть не должно...
именно так...
это ещё что... вот вам привет от моего склероза:
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...
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.
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.
Конечно, не должно. Но в реальности они всегда есть. В этом и состоит вопрос: помогает ли вращение пули преодолевать влияние дефекта ствола?деффекты ствола при этом в расчет не берутся... их быть не должно..
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
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...
помню что принцип такой же как у крыла (я тогда аэродинамикой не много увлекался)....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
п.с. а зачем отвечать тремя постами?
Ваши права
Ответить с цитированием
