Иногда мы образно говорим – «летит прямо, как пуля». Или – «летит прямо, как стрела». Хотя на самом деле ни пуля, ни стрела по прямой линии не летят.
Посмотрите на фотографии лучников-реконструкторов. Иногда, чаще всего во время постановочных фотосъемок, они эффектно целятся «прямо перед собой», «по-эльфийски», наводя стрелу непосредственно в центр мишени. Но гораздо чаще при реальной стрельбе они задирают лук или арбалет вверх, причём довольно сильно – как будто собираются стрелять не в мишень, а в пролетающую выше птицу...
«А-а-а!» – скажет кто-то. «Это они навесом стреляют, для того, чтобы стрелы не попадали в прочные щиты солдат противника, а «облетали» их сверху! Как мячик кидать через высокий забор!». Верное наблюдение, правильное! Такой приём в средневековье лучники и арбалетчики действительно применяли. Но... когда стрелок стреляет в незакрытую щитом мишень «перед собой», он почему-то тоже начинает задирать своё оружие вверх.
Если стрелять в мишень (например, в яблоко) с близкого расстояния, шагов с пяти, то нужно целиться стрелой прямо в яблоко. А вот если хочешь попасть в то же самое яблоко с большого расстояния, скажем, с двадцати шагов, то целиться нужно... выше яблока! Причём чем дальше мы будем относить мишень – тем выше надо задирать лук.
Секрет в том, что стрела никогда не летит по прямой линии. Как и винтовочная пуля, и артиллерийский снаряд. Все эти предметы подчиняются законам особой науки – баллистики, от греческого слова «балло» («βάλλω»), то есть «я бросаю». Законам баллистики подчиняются не только снаряды, пули, стрелы или арбалетные болты – им подчиняются и летающие в космосе спутники и автоматические аппараты для исследования далёких планет.
Заложил основы баллистики ещё в XVI веке блестящий итальянский математик Никколо Тарталья, один из первооткрывателей формулы решения кубического уравнения (мы как-то рассказывали в «Лучике» об этой интереснейшей истории). Именно он доказал, что выпущенное под углом к горизонту артиллерийское ядро (как и стрела, или даже просто камень) летит не по прямой, а по плавной кривой – баллистической траектории. Сперва оно поднимается вверх, достигает максимальной высоты, а затем начинает снижаться, пока, наконец, не попадает в цель. Тарталья также показал, что максимальная дальность полёта ядра достигается при возвышении ствола в половину от прямого угла, то есть на 45 градусов.
Вот почему средневековые лучники задирали свои луки так высоко – они не просто «перебрасывали» стрелы через щиты, они добивались максимальной дальности стрельбы!
Обратимся к физике. Первый закон Ньютона гласит: если на тело не действуют никакие силы, оно будет или находиться в покое, или двигаться по прямой линии с постоянной скоростью. Если выстрелить из винтовки где-нибудь далеко в космосе, то мы именно это и увидим: пуля, вылетевшая из ствола, полетит по прямой линии, с постоянной скоростью, и сможет спокойно пролететь миллион или даже миллиард километров.
Другое дело – у нас на Земле. Во-первых, на пулю действует гравитация, то есть сила тяжести, притяжение. Под действием собственного веса пуля начинает отклоняться от прямой линии, опускается всё ниже и ниже – пока не упадёт на грунт. Именно поэтому метко стрелять «прямой наводкой» получается только с очень близкого расстояния. Стрелку приходится целить «выше» (как мальчику Диме с его игрушечным луком). Насколько выше? Это зависит от типа оружия, от веса пули, от её начальной скорости, а главное – от дистанции прицеливания, то есть от расстояния. Скажем, винтовка Мосина образца 1891/1930 года – её пуля обладает начальной скоростью около 850 метров в секунду. Если мы будем стрелять с расстояния в 300 метров, то траектория пули «поднимается» в самой высокой своей точке всего на 20 сантиметров. Однако если мы стреляем с расстояния в 1000 метров, то для того, чтобы попасть в цель, летящей пуле придётся сделать «горку» уже на высоте 6 метров! А максимальная дальность боя винтовки Мосина – аж 2000 метров! Попробуй тут прицелься!
Однако сила тяжести – не единственная сила, мешающая «прямому» полёту пули. Пуле также очень сильно мешает воздух, точнее, его сопротивление! При относительно низких скоростях сопротивление воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости. Сделайте простой опыт – пройдите в спокойную погоду не спеша, держа позади себя раскрытый зонтик. Легко. Теперь попробуйте побежать с тем же самым зонтиком. Ага, почувствовали, как он «упирается»? А теперь попробуйте быстро проехаться с таким зонтиком на велосипеде – увеличивающееся сопротивление воздуха сможет запросто вырвать зонтик у вас из рук или даже сломать!
Математические расчёты показывают: если бы на Земле не было воздуха, пуля от винтовки Мосина (весом 9,7 грамма) смогла бы пролететь расстояние в 76 километров! Но воздух вносит в баллистическую траекторию свои суровые «поправки» – больше 3 километров пуля никогда в жизни не пролетит, причём последний километр будет лететь уже с «черепашьей» скоростью, не как пуля, а как брошенный мальчишкой камушек. Толку от такой пули мало. Сопротивление воздуха постоянно уменьшает скорость пули – пока та не остановится совсем и не упадёт на землю.
Однако и это ещё не всё! Оказывается, на стрелу (пулю, снаряд) довольно сильно воздействует ветер. Скажем, армейские таблицы времён Великой Отечественной войны содержат вот какие данные: при сильном попутном ветре при стрельбе из винтовки Мосина с расстояния в 1000 метров пуля попадёт на 43 сантиметра выше точки прицеливания. А при сильном встречном ветре – на 43 сантиметра ниже. Почти полметра – это гарантированный промах. Ещё неприятнее сильный боковой ветер: при стрельбе с расстояния в 800 метров такой может отнести пулю в сторону от мишени на... 4 метра!
Наконец, на траекторию полёта влияет даже температура воздуха. Дело в том, что холодный воздух плотнее тёплого, а чем выше плотность – тем выше сопротивление. По тем же таблицам можно увидеть: стандартный прицел винтовки Мосина рассчитан на температуру +15 градусов. А если температура другая? Если на улице жара +45 градусов, то при стрельбе с 800 метров пуля уйдёт на 1 метр 5 сантиметров выше цели. Промах. А если мороз -25 градусов? Тогда пуля, наоборот, уйдёт на 1 метр 40 сантиметров ниже цели. Между прочим, все эти цифры солдат был обязан знать наизусть!
Чувствуете, как сложно? И это – довольно простая по конструкции винтовка, созданная ещё в конце XIX века. А как же современные высокотехнологичные пушки – скажем, дальнобойные гаубицы? Максимальная высота траектории полёта снаряда у таких может составлять 5-6 километров, а дальность стрельбы – до 80 километров! Поэтому до начала стрельбы бойцам приходится тщательно собирать – с военных метеоспутников и специальных зондов – точные данные о температуре воздуха и скорости ветра на разной высоте, а затем применять особые поправочные баллистические таблицы. И только после тщательных математических расчётов производить выстрел. А вы думали, всё происходит как в компьютерной игре – навёл курсор мышки на цель, нажал на кнопку, и всё полетело и попало «куда надо» само по себе? Да если бы...
Читайте также:
Абсолютное оружие. О луке и стрелах
Конкистадоры против самураев. Кто победил?
Почему на физкультуре строятся по росту? О древнегреческой фаланге