Занимательная физика на войне

Обед со снарядами

Неправда ли, оригинальный обед?

Суп с осколками снарядов. Каша со шрапнельными пулями. А на третье — разбитая вдребезги миска… Навряд ли кому придет в голову устроить подобный обед. А, между тем, на войне бывало и такое странное «меню».

Представьте себе, что батарея[22] не первый месяц стоит на одном и том же месте. В «позиционной войне», в 1914—18 гг., стояли и годами.

Люди так привыкли к войне и ежедневным ее развлечениям, что свежий человек привычку принял бы за геройство. К чему только не привыкают люди!

Вот что рассказал мне об этом странном обеде один из его участников.

«Врагу что-то далась наша батарея. В течение трех недель он регулярно, почти в одни и те же часы, посылал нам десятка два-три бомб. Бомбы рвались перед батареей, с боков, сзади и среди орудий. Две пушки были уже разбиты, и их сменили новыми. Но убитых и раненых не было. Ребята были осторожны и опытны, а блиндажи[23] были сделаны прочно: сами делали.

Обычно обстрел батареи начинался часов в 10 утра и к обеду заканчивался.

Но вот однажды враг решил над нами подшутить. Пришел привычный час обстрела, а враг молчит. Подошло время обедать, все уселись за „земляными“ столами, поставили посредине миски с супом и взялись за ложки.

И вдруг из блиндажа телефониста раздался короткий, как команда, возглас:

— Летит!..

Все головы немедленно поднялись вверх, но никто не шевельнулся.

Прошла секунда, и где-то высоко в небе послышался знакомый свист снаряда:

— Жж… ш… сс…сс…жжж…

Звук явно приближался к „левому флангу“ батареи (рис. 23).

Люди флангового орудия быстро выскочили и спрятались в свой блиндаж. Соседи их немного помедлили, но тоже спрятались. А на противоположном фланге ложки опустились в миску, и обед продолжался.

Еще секунда — и бомба с грохотом и треском разорвалась шагах в 25 от крайнего левого орудия.

— Ишь чорт! Обедать спокойно не дает.

— Не к нам. Ешь, пока не остыло…

— Митроха, а Митроха! Осколки не проглоти. Ты больно мясо любишь.

Осколки действительно засвистели со всех сторон, совсем, как майские жуки под вечер. Жужжит, жужжит, а потом чок — и замолчал, ударившись о землю.

На этот раз почти все осколки не долетали или летели высоко над головами. И никому не посчастливилось вместо куска крошеного в супе мяса выловить горячий кусок стали.

Не успел я оглянуться, как батарея приняла вновь вид спокойно обедающих за своими столами. Только веселая перебранка и шутки от стола к столу напоминали о секунду назад разорвавшейся бомбе.

— Што-ж ушли-то? Вы бы с осколочками покушали. Горячее было бы.

— А вот вам сейчас влепит, так вы и отведайте, а мы поглядим: скусно ли…

— Митрохин и то уходить не хочет. Говорит, я здесь один все мясо без вас поем.

— Слушай! Лет-и-и-т!

И вновь головы вверх и напряженно слушают.

На этот раз как-будто к нам, на правый фланг. Побросали ложки и — в блиндаж.

— Ну, вот и ваш черед, — смеются с другого фланга.

И впрямь оказался наш. Бомба упала почти у самого стола 2-го орудия. Взрывом миску с супом перевернуло, а осколками продырявило. За соседними столами кто удрал в блиндаж, а кто прижался к земле. Везде почти и суп и каша оказались посыпанными песком.

— Вот это здорово!

— Ах, дьявол его заешь! Весь суп испоганил!

— Ничего. Он отстоится. Земля не грязь.

Как бы то ни было, а кто был не сыт, продолжал есть, что осталось. Люди 2-го орудия подсели к соседним столам и тоже наскоро старались утолить свой аппетит.

На наше счастье дальнейшая стрельба в этот день была совсем неудачна для врага. Снаряды падали далеко от батареи, и только осколки заставляли изредка прижаться к орудийному щиту или спрятаться за зарядный ящик.

Кашу ели без помех, если не считать земли, которую без труда счистили сверху».

Но как же можно было узнать, куда упадет снаряд? И откуда знал телефонист на батарее о приближении к ней бомбы?

Да, конечно, по звуку выстрела и полета снаряда. Батарея соединена телефоном с наблюдательным пунктом (см. рис. 23), расположенным впереди километра на 2. Неприятельская батарея от наблюдательного пункта стояла еще километра на 3.

Рис. 23. Расположение батареи, наблюдательного пункта и противника.

Обстреливали батарею три недели с одной и той же позиции. Естественно, что все детально изучили звуки выстрела и полета снарядов тех орудий, которые вели этот обстрел.

А скорость полета снарядов «тяжелой» артиллерии, в особенности так называемых «гаубиц»[24], весьма невелика, и звук быстро обгоняет снаряды таких орудий.

Наблюдатель слышал звук выстрела и тотчас передавал по телефону на батарею — «Летит!»

А на батарее наловчились по звуку полета снаряда определять довольно точно место его падения. Если принять во внимание, что высота звука изменяется при приближении и удалении звучащего тела, то эта ловкость не покажется сверхъестественной.

Вот и весь секрет «обеда со снарядами».

Звук нередко бывает другом на войне и спасает жизнь немалому числу бойцов. Сначала боятся всех звуков, а со временем умеют их различать и использовать.

Задача: Снаряд вылетает из орудия со скоростью 400 метров в секунду и каждую секунду теряет 10 % своей скорости.

Определить, в какой момент звук выстрела перегонит снаряд?

Не успели предупредить

Однако далеко не всегда звук оказывает на войне услуги.

Сейчас мы разберем случай, когда звук не играет никакой роли. Можно сказать, что он подводит только своим запоздалым предупреждением, на которое рассчитывали.

Вот что по этому поводу рассказал один командир-артиллерист.

«В одно из дежурств моих на наблюдательном пункте (см. рис. 23) мне пришлось неожиданно наблюдать действие нашей пушки на близких расстояниях.

Дело было зимой и под вечер. На фронте было тихо. Казалось, все устали воевать и мечтали о спокойном сне.

Мороз стоял изрядный, и солдаты в окопах здорово мерзли. Особенно это сказывалось на австрийцах, не привыкших к суровой зиме.

Наблюдая в бинокль, я заметил, что за одним из окопов австрийцев, у догоревшей разрушенной избы, стала собираться толпа солдат. Очевидно, они решили погреться.

Так как мне было приказано не допускать противника выходить из окопов, то я решил „пугнуть“ греющихся, благо это место было батареей точно пристреляно[25]. Посмотрел я на карту, узнал, что это место отмечено как „цель № 5“, и тотчас подал команду:

— Цель номер пять. Первое орудие. Гранатою. Прицел пятьдесят[26].

Через несколько секунд с батареи передали:

— Готово.

Я посмотрел еще раз на греющихся. Толпа стала еще больше. Командую:

— Огонь!

Гляжу в бинокль и жду выстрела.

Австрияки прыгают на месте около тлеющих бревен и усиленно хлопают руками. Ну, думаю, сейчас услышат звук выстрела и мигом спрячутся. И вдруг, почти одновременно, я слышу, как хлопнуло орудие и как вблизи толпы беззаботно греющихся разорвалась моя граната…

Все заволокло дымом разрыва и выброшенной вверх землей. А через секунду около избы никого уже не было.

Я был неопытен и первый раз стрелял по живой цели на близкое расстояние, поэтому меня это очень удивило. Но потом я понял, что снаряд нашей пушки частенько перегоняет звук[27] и австрияки не могли услышать ни звука выстрела, ни полета снаряда до тех пор, пока граната не свалилась на них, как снег на голову».

Как видите, здесь звук не успел предупредить об опасности. Для нашей легкой 76-миллиметровой пушки это вполне естественно. Начальная скорость полета снаряда ее равна 580 метрам в секунду. На расстоянии в 1 км скорость снаряда ее ок. 420 метров в сек. и на 2 км скорость его все еще ок. 340 метров в сек.

А скорость звука, как известно, близка к 330 метрам в сек.

Ясно, что при этих условиях снаряд перегоняет звук выстрела.

Задача: Снаряд 76-миллиметровой пушки в секунду теряет скорость на 50 метров. Перегонит ли снаряд звук выстрела, если время полета его 4,5 и 6 секунд? Высчитать, какая при этом будет дальность полета для каждого случая.

Пулям почет и уваженье

Кому приходилось бывать в бою, тот хорошо знает, с каким почтеньем относятся все к пулям. Редко, редко кто не поклонится каждой летящей пуле. И не то чтобы думали укрыться этим поклоном. Ведь, не обязательно же пуля летит над головой! Другой знает отлично, что поклон не имеет никакого смысла, а, смотришь, все же, инстинктивно наклонит голову.

— Спасибо, мол, что пролетела, голубушка.

Но почему же не имеет смысла?

Наклоняясь, мы уменьшаем свой рост, а значит, и площадь попадания делаем меньше. Быть может, хоть от одной пули избавимся таким путем? К сожалению, это не так.

Тут опять надо рассчитать: какова скорость полета пули по сравнению со скоростью распространения звука. Если звук обгоняет пулю, поклон имеет смысл, а если пуля перегоняет звук, ясно, что кланяемся мы пролетевшей уже пуле.

Рассчитать не трудно.

Начальная скорость полета пули нашей винтовки (обр. 1891 г.) 880 метров в секунду. В конце первой секунды на расстоянии, примерно, в 640 метров скорость ее около 500 метров в секунду. В конце 2-й секунды полета, на расстоянии ок. 900 метров, скорость ее близка к 350 метрам в секунду. И только лишь в конце 4-й секунды, на расстоянии в 1500 метров, скорость пули меньше скорости звука и равна, примерно, 250 метрам в секунду.

А так как из винтовки вообще редко стреляют дальше километра[28], то, очевидно, в громадном большинстве случаев бывает слышен свист пролетевшей уже пули.

Надо заметить, что к пулеметам это не относится, так как они стреляют нередко на 2 и 3 километра, когда звук перегоняет пулю. Но и тут вряд ли успеешь уклониться от нее. Слишком мал промежуток времени, отделяющий звук от пули. Да и различить, куда летит пуля, совершенно немыслимо. Уклонишься, смотришь — как раз не в ту сторону… Вывод таков, что от пули поклоном не отделаешься.

От нее надо уметь укрываться иначе и прежде всего своей невидимостью.

Откуда стреляет орудие

Такой вопрос очень часто приходится задавать на войне. Зная, где стоит неприятельское орудие, можно заставить его «замолчать» своим обстрелом. А это значит, что можно выручить свои войска, страдающие от обстрела орудия врага.

Раньше, когда действительность огня из огнестрельного оружия была не так велика, орудия ставили открыто, чтобы видеть, куда стрелять. Теперь на это идут лишь в исключительных случаях. Нормально же орудия ставят укрыто: за горкой, за лесом, в складках местности и т. п. Поэтому увидеть стреляющее орудие почти никогда не удается. Правда, на помощь войскам здесь идет авиация, но и от нее при умении можно хорошо укрыться «маскировкой»[29] сверху.

В таком случае на выручку приходит звук, который для стреляющего орудия является предателем.

Как же узнать по звуку место стояния стреляющего орудия?

Теперь известно немало способов решения этой задачи, и часть этих способов дает весьма точный результат. Мы рассмотрим лишь простейший прием.

Самый простой способ, зная направление, откуда стреляет орудие, определить по звуку расстояние до него. Для этого необходимо, очевидно, видеть и слышать выстрелы из орудия. Видеть их можно ночью по вспышке, которая, подобно зарнице, освещает небо над стреляющим орудием, или днем по облаку пыли, поднимаемому воздухом при выстреле. Слышать выстрел почти всегда можно, за исключением случаев, когда стреляет так много орудий сразу, что невозможно определить, какой звук к какому из орудий относится.

Задача решается просто. Свет распространяется в пределах земли мгновенно, звук же сравнительно медленно. Если знать, через сколько секунд слышен звук выстрела после того, как был виден этот выстрел, то можно быстро вычислить расстояние до орудия.

Положим, между вспышкой выстрела и звуком его прошло для наблюдателя 4 секунды. В одну секунду звук проходит 330 метров, значит, в 4 секунды он пройдет 1320 метров. Очевидно, стреляющее орудие удалено от наблюдателя на 1320 метров[30].

Как видим, все дело сводится к определению времени между вспышкой и звуком выстрела. Кроме известного всем «секундомера», который дорог и часто портится в условиях войны, иногда применяют с этой целью особый «звуковой дальномер» (рис. 24).

Рис. 24. Звуковой дальномер.

В небольшой стеклянной трубке, наполненной бензином, помещен указатель, почти плотно прилегающий к стенкам трубки. Если трубку поставить вертикально, указатель медленно падает. Деления на трубке рассчитаны так, что сразу показывают расстояние до стреляющего орудия, если трубка стояла вертикально в промежуток времени между вспышкой и звуком выстрела. Однако ни при каких приборах этим способом точно места стояния орудия не определишь, в особенности, если не принимать во внимание различной скорости звука при различной плотности воздуха.

До сих пор мы говорили, что звук распространяется в воздухе со скоростью около 330 метров в секунду. В действительности это справедливо лишь для сухого воздуха при температуре 0°. При температуре же—30° скорость звука в сухом воздухе уже 313 метров в сек., а при +30° — 349 м в секунду. Разница, как видим, не такая уж малая. Усиление влажности ускоряет распространение звука, всякое уплотнение воздуха (повышение давления, уменьшение температуры, уменьшение влажности) уменьшает скорость его распространения. Если желают получить более точный результат, пользуются особыми таблицами скорости распространения звука при различных условиях.

Задачи: 1) Наблюдатель слышит звук выстрела орудия через 7 сек. после его вспышки. Скорость звука в этот момент по таблицам равна 345 метрам в сек. Как далеко стоит орудие от наблюдателя?

2) Два наблюдателя видят вспышки орудия и замечают, что звук выстрела дошел до первого через 3 сек., а до второго через 10 сек. Где стоит орудие, если скорость звука равна 320 м в секунду, а наблюдатели удалены друг от друга на 640 метров?

Побежденная темнота

Днем воздушный враг (аэростат, аэроплан) обычно виден с земли. Виден, значит, уж не так опасен: можно с ним бороться обстрелом, можно от него укрыться. Ночью же увидеть врага в небе гораздо труднее. Правда, мы научились ночь превращать в день и умеем прожекторами[31] освещать пространство на большие расстояния. Но луч прожектора узок, поэтому разыскивать маленький самолет в беспредельном небе очень трудно. Невидим бывает воздушный корабль и днем в тех случаях, когда он летит над облаками.

Вот тут-то на помощь опять приходит звук. Шум моторов и в особенности звук, вызванный вращением пропеллера, бывает слышен на несколько километров. А по звуку, оказывается, можно довольно точно определить не только направление, но иногда даже и местонахождение воздушного корабля.

Приборы для осуществления этого бывают двух основных типов: 1) основанные на восприятии звуков двумя ушами и 2) действующие по принципу вогнутых зеркал.

Каждый человек и почти все животные имеют два уха. Это не только усиливает ощущения звука, но и позволяет судить о направлении, откуда звук исходит.

Стоит повернуться правым ухом к источнику звука (на открытом воздухе) — и тотчас заметишь, что левое ухо слышит этот звук много слабее. Лошадь поэтому «прядет» ушами, слыша незнакомый звук. Все другие животные или поворачиваются сами в сторону звука или поворачивают ушные раковины. Люди также инстинктивно определяют направление на источник звука по силе восприятия его каждым ухом. Однако без приборов мы вообще не очень точно определяем направление на звук, а если звуки слабые, то и вовсе не разберемся, откуда они исходят. Поэтому для определения направления на летящий аэроплан устраивают ряд больших рупоров на особой подставке (рис. 25).

Рис. 25. Звукоулавливатель рупорный. Левый слухач определяет направление по высоте, правый — боковое.

Часть рупоров трубками соединяют с правым ухом наблюдателя, а другую часть с левым ухом того же наблюдателя. Благодаря рупорам звук слышен яснее, а большое расстояние между рупорами позволяет точнее определять направление. Вся установка легко вращается как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, причем углы поворотов измеряются по особым лимбам. Для большей точности на один прибор ставят двух слухачей, из которых один слушает пару горизонтальных, а другой— пару вертикальных рупоров. Для еще большего усиления звуков в рупоры вставляют микрофоны[32].

Иногда вовсе обходятся без рупоров, устанавливая одни лишь чувствительные микрофоны (рис. 26).

Рис. 26. Звукоулавливатель микрофонный (телеситометр). Левый слухач определяет направление по высоте, правый — боковое.

Но принцип и тут остается тот же: направление определяют по слышимости звука двумя ушами.

Звуки отражаются, как всякие волны. Отражением звуков объясняется знакомое всем эхо. На явлении отражения звуков основано устройство всех рупоров.

Пользуясь этим же отражением звуков, можно собрать звуковые волны в одну точку большим вогнутым зеркалом (зеркало здесь не стеклянное, а чаще металлическое). Известно, что у вогнутого зеркала есть особая точка — фокус, где собираются все отраженные от него параллельные оси зеркала волны (лучи света, волны звука, «тепловые» лучи). Поэтому, если в фокусе зеркала поместить приемник звука (обычно, микрофон), то сильный звук услышим лишь при направлении оси зеркала на источник. Вращая зеркало, добиваются лучшей слышимости звука и тем самым определяют направление на него (рис. 27).

Рис. 27. Звукоулавливатель зеркальный. Лучшая слышимость получается лишь в одном положении микрофона и зеркала, когда ось зеркала направлена на источник звука.

Во всех этих случаях направление по звуку определяется с ошибкой не более чем в 1°, т. е. с большой точностью.

Вблизи таких звукоулавливателей стоят прожекторы, направляемые по указанию слухачей или автоматически, с помощью электричества. Поэтому через несколько секунд воздушный враг бывает обычно обнаружен, и при свете прожекторов его немедленно обстреливают.