Задавали ли вы себе подобный вопрос? Наверное, нет. А между тем, вопрос этот интересный. Ведь, пороховые газы в канале ствола стремятся расширяться во все стороны равномерно. Следовательно, давление[1] их на пулю (снаряд), на затвор и на стенки канала ствола равновелико, но в результате выстрела пуля летит на несколько километров, а ружье остается на том же месте, в руках стрелка.

Куда же девалось давление пороховых газов на затвор? Почему ружье не полетело назад с такой же силой, как и пуля?

Всякий, кто стрелял хоть раз из ружья, уверенно ответит на эти вопросы, так как он на себе испытал силу отдачи.

Правда, у мелкокалиберных ружей отдача очень мала, но там, ведь, и пуля летит недалеко.

У военной же винтовки отдача — не шуточная сила. Неопытный стрелок может даже опрокинуться при стрельбе стоя, с руки и без всякого упора (рис. 1).

Рис. 1. Неправильное положение стрелка при выстреле.

Знающий же стрелок умеет так стать (см. рис. 2), что сила его мышц легко справится с силой отдачи.

Рис. 2. Правильное положение стрелка при выстреле: пунктиром показано изменение положения туловища под влиянием силы отдачи.

Значит, давление пороховых газов на затвор, являясь причиной отдачи, стремится отбросить ружье назад, и лишь сила мышц стрелка удерживает ружье на месте. При этом, строго говоря, ружье не остается на месте при выстреле, а двигается сначала силой отдачи назад, а потом силой мышц стрелка вперед. Уяснив все это, не трудно понять, что ничем не сдерживаемое ружье, подвешенное, например, на нитках, полетело бы при выстреле назад.

С какой скоростью вылетает из ружья пуля — не трудно узнать из специальных таблиц и справочника. А вот с какой скоростью летит (точнее, стремится лететь или полетело бы) при выстреле само ружье, об атом обычно не имеют представления даже самые опытные стрелки. А между тем, механика позволяет ответить на этот вопрос довольно точно.

Но прежде всего интересно узнать: не должно ли ружье лететь с той же скоростью, что и пуля, коль скоро силы, приводящие их в движение, равны?

Представьте себе, что вы стоите между двумя вагонетками (рис. 3) и с равной силой быстро отталкиваете их от себя.

Рис. 3. Если толкать вагонетки с равной силой, то тяжелая чуть сдвинется с места, а легкая покатится с большой скоростью.

Если довольно просто удержать при выстреле винтовку, то для артиллерийских орудий дело резко меняется.

Там обычно скорость отката много больше, чем для винтовки, и с этой скоростью двигается большая масса.

Сравнение с вагонетками поможет нам уяснить вопрос и здесь. Положим, по рельсам катятся с одинаковой скоростью пустая и груженая вагонетки. Первую, при небольшой скорости, шутя остановит один человек, а вторую, даже и при небольшой скорости, едва ли остановят двое. А если груженая вагонетка двигается с большой скоростью, то силой людей и вовсе не остановить ее[3].

Так и с орудиями. Для примера, возьмем нашу 122-мм (48-линейную) гаубицу обр. 1910 г.[4] Это орудие весит 1331 кг и выбрасывает снаряд весом ок. 23 кг с начальной скоростью до 335 метров в секунду. Если бы откатывалось все орудие, то скорость отката оказалась бы равной ок. 5,7 метра в секунду (вычисление предлагаем проверить самостоятельно). С такой скоростью на состязаниях бегают лыжники. А тут с этой скоростью двигалась бы масса более тонны. Очевидно, удержать при этих условиях откатывающееся орудие силою людей невозможно.

Лет 30 тому назад, когда технике неизвестны были легкие и прочные тормозы, стрельба из орудий была весьма медленна. При каждом выстреле орудие катилось назад на несколько метров, и его приходилось «накатывать» на свое место вручную.

Но с тех пор техника далеко ушла вперед, и теперь у всех почти орудий подвижным делают только ствол (рис. 4).

Рис. 4. Устройство современного артиллерийского орудия. Вид орудия при полном откате: 1) ствол; 2) тормоз; 3) сошник.

Для этого ствол кладут на особые «салазки» и связывают его с гидравлическим[5] тормозом, а станок неподвижно укрепляют на земле с помощью «сошника» (большая лопата). Гидравлический тормоз состоит из стального цилиндра (см. рис. 5), наполненного жидкостью (масло или глицерин с водой), внутри которого находится поршень с узкими отверстиями.

Рис 5. Схема гидравлического тормоза: 1) ствол; 2) цилиндр тормоза; 3) поршень с каналами для прохода масла.

Обычно вместе со стволом при откате двигается цилиндр тормоза, поршень же скреплен с неподвижной частью станка и поэтому остается на месте. Сжатая откатом жидкость с громадной скоростью пробрызгивается сквозь узкие отверстия поршня и трением своим тормозит откат.

Накатывают ствол автоматически, силою пружин или сжатого воздуха.

Так как взятая нами выше для примера гаубица имеет именно такое устройство, решение задачи на скорость отката ее требует иного подхода. Откатывающийся ствол этого орудия весит 426 кг, значит, скорость его отката, примерно, в 3 раза больше, чем вычисленная нами для всего орудия, а именно 18,6 метра в секунду. Это быстрее скаковой лошади и близко к скорости пассажирского поезда. Очевидно, тормоз тут должен быть прочный и надежный, иначе ствол полетит назад с такой силой, что поломает все орудие и искалечит обслуживающих его людей. Случаи срыва стволов при выстреле бывали и всегда заканчивались катастрофой.

Мы видели, что сила отдачи у артиллерийских орудий весьма значительна. Удержать орудие на месте невозможно, а чтобы удержать станок орудия, нужны тормозы и врытый в землю сошник.

Ну, а как же быть на воздушном корабле? Ведь, там сошник врыть некуда, да и корабль так неустойчив, что может перевернуться при выстреле. Отдача делает невозможным вооружение воздушных кораблей пушками. Но так как на войне очень важно было бы поставить на аэроплане орудие, явился ряд проектов пушек без отката.

На первый взгляд задача кажется нерешимой. Как можно избавиться от отката, раз отдача — неизбежное явление при выстреле? Оказывается, можно избавиться не только от отката, но и от отдачи.

Один из таких остроумных проектов осуществлен на практике[6].

Изобретатель решил вопрос очень просто. Пушка его (рис. 6) стреляет сразу в две стороны!

Рис. 6. Общий вид пушки без отката; 1) ствол для боевого снаряда; 2) ствол для фальшивого снаряда. Пушка открыта для заряжания.

У пушки как бы два ствола, составляющиеся вместе. В каждый из них вкладывают снаряд и заряд; но так как заряды соприкасаются, можно считать их за один. При выстреле пороховые газы выбрасывают оба снаряда, и, значит, естественно, отдачи нет. Чтобы второй снаряд не причинил вреда своим войскам его делают из мелкой дроби, спрессованной, вязкой массой (вазелин). Немедленно по вылете из канала ствола этот «фальшивый» снаряд разлетается (распыляется). Очевидно, на воздушном корабле установка такого орудия вполне возможна (рис. 7).

Рис. 7. Пушка без отката на аэроплане. Поверх ствола пушки прикреплен пулемет.

Неудобства ее лишь в большом сравнительно весе зарядов и снарядов, которых нужно иметь двойное количество (фальшивые снаряды имеют тот же вес, что и настоящие). Зато общий вес пушки чрезвычайно мал по сравнению с обычными орудиями на станках с противооткатными приспособлениями.

Пробовали ли вы бросать камни или литой мяч для лапты? Если пробовали, то наверное заметили, что один раз камень (мяч) летит дальше, а другой раз ближе. Также заметили вы, вероятно, что некоторые из ваших друзей бросают почти всегда дальше вас, а другие ближе. Отчего это зависит? В чем секрет уменья бросать камни дальше других? На этот вопрос физика дает исчерпывающий ответ. Вот на рис. 8 показано, как летит камень.

Рис. 8. Искусство бросать камни: полет камня в безвоздушном пространстве при скорости броска 50 м в секунду.

Вы видите, что он описывает в воздухе дугу, которую, как и всякую линию движения тела, называют «траекторией». Если бы не было силы тяжести, т. е. камень не притягивался бы к земле, он полетел бы прямо по направлению броска. Но так как камень все время притягивается к земле, он не только летит вперед, но одновременно падает. Скорость его падения всегда одинакова и не зависит ни от уменья бросать, ни от веса камня. В первую секунду камень, падая, опустится вниз на 5 метров[7], во вторую секунду еще на 15 метров, в третью еще на 25 м и т. д. Значит, за первую секунду полета камень «упадет» на 5 метров, за вторую секунду на 20 метров (5+15), за третью — на 45 метров (20 + 25) и т. д. (см. рис. 8). Вот теперь и сравним, как далеко упадут камни, брошенные с разной силой и под разными углами к горизонту. Если сила броска будет больше, то, значит, и скорость, с какой он будет двигаться, также окажется больше. Влияние воздуха на летящий камень мы пока в расчет не будем принимать. Из. рисунков 8 и 9 ясно видно, что быстрее летящий камень, пролетая каждую секунду большее расстояние, упадет дальше, чем брошенный под тем же углом, но с меньшей скоростью.

Рис. 9. Полет камня в безвоздушном пространстве при скорости 25 м в секунду.

А теперь положим, что камни брошены с равной, скоростью, но под разными углами к горизонту (рис. 10).

Рис. 10. Полет камня в безвоздушном пространстве при различных углах бросания.

Тут, очевидно, дело не так просто. Камень, брошенный прямо вверх, т. е. под углом 90°, упадет на то же место, значит, дальность его полета — ноль. Камни, брошенные близко к этому углу, очевидно, далеко не полетят. Выходит, что есть какой-то угол бросания — больше 0°, но меньше 90°. Опыт и теория показывают, что таким углом в безвоздушном пространстве является угол, равный 45°. В воздухе наивыгоднейший угол броска получается несколько меньше, ок. 42–43°.

Итак, дальше упадет тот камень, который брошен с большей силой (а значит, и с большей скоростью) и направление броска которого ближе к 42–43°.

Проверьте это в поле, подобрав камни равного веса и, примерно, одинаковой формы, и вы убедитесь в правильности этого вывода. Это же правило вполне применимо к пулям и снарядам. Поэтому, чтобы дальше бросить пулю или снаряд, стараются сообщить им побольше начальную скорость, что достигается увеличением заряда пороха. Увеличивают также и угол бросания, но здесь чисто военные причины заставляют часто отказываться от наивыгоднейшего угла. Для примера отметим хотя бы необходимость пробить вертикальную стенку. Если снаряд будет брошен под большим углом, он упадет сверху и стенку не пробьет. А если его бросить «настильно», т. е. под малым углом, то при достаточной силе удара стенка окажется пробитой.

Интересно отметить, каких пределов достигла здесь военная техника. Очевидно, наивыгоднейший угол бросания изменить нельзя, поэтому тут как раньше, так и теперь у дальнобойных орудий, в зависимости от назначения их, стремятся лишь приблизиться к этому углу наклона. Что же касается силы броска, от которой зависит скорость полета снарядов, то с каждым годом техника дает нам новые достижения в этой области. Двадцать лет тому назад скорость полета снарядов не превышала 800 метров в секунду. Теперь же ряд орудий дает начальную скорость снарядов значительно больше 1 000 метров в секунду, и у некоторых образцов она достигает 1 500—1 700 метров в секунду! Чтобы понять как велики эти скорости, сравним их со скоростями других известных нам движений (рис. 11).

Рис. 11. В одну секунду проходят…

Однако не следует думать, что достижения здесь беспредельны. Уже сейчас для получения таких громадных скоростей в орудия кладут заряды пороха до 200 кг. Взрыв таких количеств пороха требует громадной прочности стволов, что достигается их утолщением.

Но опыт показал, что тут тоже есть предел, дальше которого утолщение ствола не повышает уже его прочность. Этим пока и ограничены дальнейшие увеличения скоростей полета снарядов, а значит, и дальности их броска.

При медленных движениях (пешеход, экипаж) присутствие воздуха почти незаметно, и влияние его на скорость движения тел ничтожно. При всяком же быстром движении (велосипед, поезд, автомобиль, аэроплан) воздух уже заметно тормозит движение, так как вокруг двигающегося тела образуются препятствующие передвижению тел вихри. Вопрос этот приобрел особенно большое значение с развитием авиации, и в настоящее время изучению его уделяют большое внимание ученые всех стран.

Проверить опытом влияние воздуха на движение тел совсем нетрудно. Дайте падать двум одинаковым кускам картона с одной высоты, но в разных положениях: один плашмя, другой ребром. Даже при небольшой высоте заметно будет, что картон ребром упадет скорее, чем плашмя.

Другой пример: бросьте лист бумаги. Далеко ли он упадет? Теперь сожмите лист в комочек и снова бросьте. Он упадет гораздо дальше. Влияние воздуха в обоих опытах очевидно и зависит от площади и формы двигающихся тел.

Насколько все это имеет значение на практике, можно видеть из следующих примеров.

Круглая шрапнельная пуля, брошенная с аэроплана вниз, сначала, как все падающие тела, двигается ускоренно[8], но в некоторый момент своего падения скорость ее перестанет возрастать, и она будет падать равномерно. Это наступит тогда, когда сила тяжести окажется равной силе сопротивления воздуха. Сила тяжести остается во все время падения пули постоянной, а сопротивление воздуха увеличивается с увеличением скорости движения пули. Поэтому настает такой момент, когда силы эти сравняются. В результате, круглая пуля, брошенная с любой высоты, доходит до земли с небольшой сравнительно скоростью и благодаря этому почти безвредна. Ударившись о мягкую шапку, пуля обычно не в состоянии пробить даже ее толщину.

Другое дело, если с аэроплана бросить острую стрелу. Так как стрела легко разрезает воздух, сопротивление его окажется ничтожным, и скорость стрелы у земли может дойти до нескольких сотен метров в секунду. Это делает стрелы, брошенные с аэроплана, очень опасными, так как они способны пробить насквозь десяток дюймовых досок, а попадая в человека, пробивают его от плеча до пятки и зарываются еще в землю на несколько сантиметров. Все сказанное указывает на один из способов борьбы с сопротивлением воздуха. Способ этот заключается в придании двигающимся телам «удобообтекаемой» формы. Опытом установлено, что такой формой при небольших скоростях является форма капли воды (рис. 12).

Рис. 12. Сопротивление воздуха двигающимся в нем телам одинаковой толщины (одного диаметра), но разной формы: А — пластинка; Б — шар; В — тело удобообтекаемой формы. Слева показана величина сопротивления воздуха каждому из этих тел.

Изготавливая все быстродвигающиеся предметы, теперь и стараются придать им удобообтекаемую форму. Кузов автомобиля и аэроплана, очертание пули, аэропланной бомбы и снаряда (рис. 13) — все это имеет особый смысл и предназначено для уменьшения сопротивления воздуха.

Рис. 13. Пули и снаряды раньше и теперь: 1) круглое ядро; 2) старая пуля; 3) современная пуля; 4) современные снаряды; 5) снаряды и пули, предполагаемые к введению в будущем; А — ведущий поясок на снарядах.

Последнее время задумали заострять снаряды и пули не только спереди, но и сзади (см. рис. 13), но к окончательным выводам еще не пришли ввиду сложности вопроса выбрасывания таких снарядов из орудий.

Насколько большое значение имеет всё же сопротивление воздуха для пуль и снарядов, несмотря на заостренную их форму, видно из рис. 14, где показаны линии полета, какие были бы в безвоздушном пространстве и какие получаются в воздухе.

Рис. 14. Как летит острая пуля в воздухе и как летела бы она в пустоте.

В особенности заметно влияние воздуха для легкой сравнительно пули.

Дальность полета ее в воздухе в 22 раза меньше, чем была бы в безвоздушном пространстве! Но и тяжелые снаряды теряют на этом немало, стоит сравнить лишь начальную и конечную скорость полета их: обычно последняя в 3 или 4 раза меньше первой, Значит, не будь воздуха, снаряды летели бы в 3 или 4 раза дальше, чем они летят сейчас.

Одни решат, что аэроплан, другие подумают о птицах, третьи вспомнят воздушный шар. Но все окажутся неправыми. Выше всех поднимаются над землей снаряды.

Вот на рис. 15 показаны предельные достижения подъема над землей человека, птицы и снарядов.

Рис. 15. Кто выше всех поднимался над землей.

Поставьте любой волчок на пол, и он тотчас упадет. А если волчок быстро вращается, он прочно стоит не только на плоскости но и на бечевке, на краю стакана и т. п. (рис. 16).

Рис. 16. Особый волчок — гироскоп. Благодаря быстрому вращению сохраняет устойчивость в любом положении.

Последнее возможно, правда, не для всякого волчка, а лишь для имеющих особое устройство; их называют «гироскоп».

Факт устойчивости волчка, благодаря вращению, явление не только интересное, но и полезное. Благодаря большим тяжелым гироскопам возможна однорельсовая железная дорога, вагоны которой сохраняют полную устойчивость, несмотря на наличие лишь двух колес. Гироскопы позволяют на аэропланах в любой момент узнать наклон свой к горизонту. Гироскопы находят себе все большее и большее применение в технике.

Тот же принцип сохранения устойчивости, благодаря быстрому вращению, применяют и для пуль и снарядов. Выше мы отмечали уже, что современные снаряды имеют форму заостренных цилиндров (см. рис. 13), чтобы уменьшить сопротивление воздуха в полете.

Представьте себе, как полетел бы такой снаряд, если бы он не вращался? Очевидно, столкнувшись с воздухом, снаряд начал бы закидываться головной частью назад и скоро перевернулся бы, продолжая и дальше кувыркаться во все время полета. Кувыркаясь, снаряд встречал бы воздух то боками, то дном, что вызвало бы, конечно, большое увеличение сопротивления воздуха. В результате весь смысл придания снаряду удлиненной формы пропал бы, и снаряды падали бы ближе, чем старые круглые ядра.

Чтобы этого не случилось, снарядам еще в канале ствола сообщают, кроме поступательного, также и вращательное движение. Для этого в стволе делают «нарезы» — винтообразные желобки (рис. 17 и 18), а на снарядах — медные «ведущие пояски» (см. рис. 13).[9]

Рис. 17. Нарезы в канале ствола: 1) нарез; 2) поле.

Рис. 18. Нарезы в канале ствола: 1) нарез; 2) поле.

В момент выстрела ведущий поясок, более мягкий, чем сталь ствола, врезается в нарезы и, следуя дальше вдоль канала ствола заставляет снаряд вращаться.

На пулях поясков не делают, так как оболочка их (обычно мельхиоровая) мягче стали и, чуть-чуть врезаясь в нарезы, заставляет уже пулю следовать по ним.

Вращение снарядов и пуль делает их вполне устойчивыми в полете, и они, не кувыркаясь, достигают цели всегда головкой вперед.

Вращательное движение тел можно наблюдать и в природе и в технике. Вращается земля вокруг своей оси. Вращаются колеса всевозможных экипажей. С большой скоростью вращаются «маховые колеса» машин, пропеллер аэроплана, винты пароходов, колеса водяных и паровых турбин и т. д. Вращаются, как известно, и пули и снаряды.

Вот мы и предлагаем устроить состязание в скорости вращения всех известных нам тел и частей машин.

Выпишем сначала скорости, известные в науке и технике.

В одну секунду[10]делает оборотов:

1) Земной шар — 1/8 6400.

2) Винт пассажирского парохода — ок. 3.

3) Колесо водяной турбины — ок. 5–6.

4) Колесо велосипеда на ходу — ок. 6–8.

3) Колесо автомобиля — ок. 16.

6) Пропеллер аэроплана — до 20.

7) Колесо электропоезда ок. 25.

8) Электродвигатели — до 50.

9) Гироскопы — до 100.

10) Колесо паровой турбины — до 500 (обычно ок. 50).

Ну, а сколько же оборотов в секунду делают снаряды и пули? Сделаем расчет для снаряда знакомой уже нам 76-мм пушки. Из этой пушки снаряд вылетает со скоростью 588 метров в секунду, а один полный оборот снаряд делает, переместившись на 2,3 метра (длина «хода» винтовой нарезки пушки равна 2,3 метра).

Таким образом, в 1 секунду снаряд этой пушки сделает 256 оборотов (588: 2,3 = 256).

Результат, не выходящий за пределы нашей таблицы, и даже не так уж близок к ее рекордной цифре. Для других орудий обычное число оборотов снаряда в секунду бывает и еще меньше.

Опыт показал, что такая скорость вращения снарядов является вполне достаточной для придания им нужной устойчивости в полете (рис. 19).

Рис. 19. Снаряд в полете. При достаточных скоростях вращения ось снаряда совпадает с траекторией, и снаряд падает головкой вперед.

Машина, перерабатывающая тепловую энергию в механическую, называется тепловой машиной. Паровая поршневая машина, паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания — все это тепловые машины, которые за счет энергии топлива дают механическую энергию движения. Во всякой тепловой машине, кроме турбины, главной частью являются цилиндр и поршень. В цилиндр вводят перегретый (значит, под большим давлением) пар или горючую смесь жидкого топлива с воздухом (бензин, нефть, газолин и т. п.). В первом случае пар, стремясь расшириться, будет толкать поршень, а во втором случае смесь топлива с воздухом, быстро сгорая (взрываясь), превратится в сильно нагретые газы, которые также, стремясь расшириться, толкнут поршень. Быстро следующие друг за дугой толчки заставляют поршень двигаться взад и вперед, что в свою очередь помощью особой передачи приводит в движение рабочий вал или колесо машины.

Казалось бы, все это не имеет ничего общего с устройством огнестрельного оружия. Там нет ни цилиндра, ни поршня, ни топлива… Да и какую же работу совершает пушка или ружье?

Но это только так кажется на первый взгляд. Разобравшись же подробнее, увидим, что пушка и тепловая машина очень похожи по принципу своего действия. Можно даже утверждать, что всякое огнестрельное оружие есть не что иное, как один из видов тепловой машины особого назначения.

Посмотрим, действительно ли это так. Вот на рис. 20 основные части огнестрельного оружия.

Рис. 20. Основные части огнестрельного оружия: 1) ствол; 2) снаряд; 3) заряд (порох); 4) затвор.

Вот, для примера, представим себе работу грузового автомобиля и сравним ее с работой орудия.

Автомобиль весом, положим, в 10 тонн (вместе с грузом) стоит на месте. Чтобы заставить его двигаться, надо прежде всего преодолеть инерцию[11] автомобиля. Если бы мы захотели двинуть его сразу с большой скоростью, для преодоления инерции понадобилась бы очень большая аила. Но нам этого не нужно. Мы сначала чуть сдвинем автомобиль с места и лишь постепенно, за счет работы двигателя, будем сообщать ему все большую и большую скорость. И в то же время часть работы двигателя пойдет на преодоление трений колес о землю, осей колес о подшипники, трений всего кузова о воздух и т. п.

Через несколько минут автомобиль развил полную скорость. Теперь вся работа машины идет на преодоление трений и сопротивлений, если дорога горизонтальная. А если на пути окажется подъем, то скорость автомобиля уменьшится, и значительная часть работы двигателя пойдет на работу подъема веса.

Если в пути внезапно остановить двигатель автомобиля, но не тормозить колес, он остановится не скоро, так как по инерции будет стремиться двигаться с прежней скоростью. И так как мы взяли немалый вес (10 тонн), запас энергии движения окажется у нашего автомобиля весьма солидным. В зависимости от величины трений и сопротивления воздуха, автомобиль пройдет по инерции больше или меньше, но во всяком случае немалое расстояние.

Все дело здесь в энергии движения, поэтому ее надо уметь вычислять. Для этого прежде всего необходимо знать, как перейти от веса к массе. Обычно массу измеряют весовыми единицами, говоря «грамм-масса», «килограмм-масса». Но в технике такое измерение было бы очень неудобно, так как вызвало бы измерение скорости в сантиметрах в секунду и измерение работы в очень мелких единицах — в эргах. Поэтому установили особую, так называемую техническую единицу массы, которая в 10 раз[12] больше «килограмм-массы». Поэтому, чтобы узнать, чему равна масса тела в технических единицах, надо вес тела в килограммах разделить на 10. Для нашего примера получим: 10 тонн = 10 000 кг; 10 000 кг: 10 = 1 000 единиц-массы.

Теперь энергию движения узнаем, умножив массу на квадрат скорости и разделив полученный результат пополам.

Положим, что наш автомобиль двигался перед остановкой мотора со скоростью 36 км в час, т. е. 10 метров в секунду (36 000: 3 600 = 10). 10² (в квадрате = 10 X 10 = 100; 100 X 1 000 (масса) = 100 000; 100 000: 2 = 50 000 килограмм-метров — единица работы и энергии)[13].

Итак, во время движения полной скоростью наш автомобиль имеет запас энергии движения, равный 50 000 килограмм-метров. Такая энергия в состоянии была бы поднять 1 килограмм на высоту 50 000 метров, или 10 000 кг (10 тонн) на высоту 5 метров. Автомобиль сам себя мог бы этой энергией поднять на 5 метров вверх! Естественно поэтому, что по ровному горизонтальному пути он пробежит, быть может, не один километр без всякой работы двигателя.

Теперь перейдем к снарядам. Там картина несколько иная. Пороховые газы могут толкать снаряд только в то время, пока он не вылетел из ствола. Значит, постепенно нагонять его скорость нет времени. Надо сразу в очень короткий промежуток (около 0,01 секунды или даже еще меньше) сообщить ему очень большую скорость. Иначе снаряд не получит достаточной энергии движения, а значит, и не сможет далеко двигаться по инерции.

Вот поэтому и нельзя в пушках воспользоваться таким топливом, как бензин или нефть. Тут нужно в сотые доли секунды сжечь иногда несколько килограммов топлива. Таким быстро горящим топливом может быть только порох, горение которого настолько быстро, что его называют уже не горением, а взрывом[14].

Посмотрим, однако, какую же энергию движения имеет снаряд. Для примера возьмем одну из самых легких пушек нашу 76-мм (3-дюймовую) пушку[15]. Снаряд ее (шрапнель) весит 6,5 кг и вылетает он из ствола со скоростью ок. 580 метров в секунду (сравните со скоростью автомобиля в тот же промежуток времени). Масса снаряда равна 6,5: 10 = 0,65 технич. единиц массы. Квадрат скорости получим, умножив 580 само на себя: 580 X 580 = 336 400. Теперь, как известно, надо умножить квадрат скорости на массу и разделить результат пополам: 336 400 X 0,65:2 = 109 330 килограмм-метров.

Оказывается, энергия движения снаряда этой пушки более чем в 2 раза превосходит энергию движения большого грузовика на полном ходу. Естественно, что снаряд полетит много дальше, чем покатился бы автомобиль. Правда, снаряд, притягиваясь к земле, падает и, благодаря этому, не может лететь так далеко, как позволила бы ему его энергия движения. Поэтому для приведенной выше пушки дальность полета снаряда не превышает 8,5 км, но, ударяясь о землю, и в этом случае снаряд все еще имеет большую скорость (220 метров в сек.), а значит, и запас энергии движения (вычислите его сами). В силу этого снаряд, упав на землю, — зароется в нее, ударившись в стенку, — пробьет ее, попадая в орудие, — сломает его и т. п. Нечего говорить о той силе, с которой снаряд стремился бы разрушить преграду, если бы она встретилась в середине его пути.

Представим себе, что взятый нами для примера грузовик на полном ходу налетел на стену дома. А ведь, снаряд имеет в пути не меньшую энергию движения.

А что же, если взять крупнейшие орудия? Есть, например, береговая пушка, снаряд которой весит 620 кг при начальной скорости его около 1 000 метров в секунду. Тут уже энергия движения окажется в тысячи раз больше, чем для легкой пушки (36 000 000 кг-м). Такую энергию можно сравнить разве лишь с энергией скорого поезда из 6 вагонов, двигающегося со скоростью 100 км в час, причем энергия снаряда будет все же в 3 раза больше, чем энергия этого поезда. И только в пути, когда снаряд потеряет значительную долю своей энергии, она приблизится к энергии поезда. Удар такого снаряда подобен столкновению двух указанных выше поездов на полном ходу! Что при этом происходит, каждый может представить сам, если обладает достаточной фантазией.

Ну уж это совсем что-то чудовищное! Пушка и автомобиль, снаряд и поезд — это еще куда ни шло. Но сравнивать пушку, бросающую снаряды, весящие около десятка килограммов, с величайшей в СССР электростанцией как-будто бы никак нельзя. Ведь, эта станция одна приводит в действие все фабрики и заводы Ленинграда и освещает громадный город! Мощность ее доходит до 67 000 лошадиных сил!

Однако не будем бояться цифр, попробуем все же… сравнить Волховстрой с обыкновенной, маленькой 76 — мм пушкой. Быть может, и не так уж разительна разница между ними.

Прежде всего вспомним, что такое мощность. Мощностью называют способность машины или живого двигателя (человека, лошади) производить работу в единицу времени. Одна машина, положим двигатель мотоцикла, каждую секунду может совершить 75 кг-м работы, другая, положим паровоз—75 000 кг-м. Очевидно, что вторая обладает в 1000 раз большей мощностью, т. е. за тот же промежуток времени исполнит в 1000 раз большую работу. За единицу мощности приняли мощность очень сильной лошади[16], которая дает в 1 секунду 75 кг-метров работы, — эту единицу мощности и называют лошадиной силой[17]. Есть еще и другая единица мощности — «киловатт», которая равна 1,3 лошадиной силы[18]. Этой единицей измеряют обычно мощность электрических установок.

Следовательно, указанная выше мощность Волховстроя (67 000 лош. сил) показывает, что эта станция в одну секунду способна дать около 5 000 000 кг-м работы.

Ну, а как пушка? Какова ее мощность?

После всего, что мы проделали выше, т. е. при условии знания производимой пушкой работы, достаточно узнать, сколько этой работы способна пушка совершить в единицу времени, и тогда узнаем ее мощность.

Пушка, о которой мы говорили раньше, т. е. 76-мм, пушка обр. 1902 г., способна выпустить в минуту, при полном напряжении всех обслуживающих ее людей и без всякого прицеливания, 20 снарядов. Иначе говоря, в течение минуты эта пушка может совершить максимум 2 186 600 кг-м (109 330 кг-м Х 20 = 2 186 600 кг-м).

В секунду это дает 2 186 600: 60 = 36 443 кг-м. Переходя к лошадиным силам, получим около 486 лош. сил.[19]Как-будто бы до Волховстроя далеко? Действительно, далеко. Да на самом деле так оно и есть. Пушка, конечно, не может совершать такую работу, как Волховстрой.

Но вот попробуем себе задать такую задачу: какую мощность должна бы иметь электростанция, чтобы выполнять работу пушки? Чего же проще. Ответ готов: мощностью в 486 лош. сил. Оказывается, не тут-то было. Такая установка не смогла бы бросить снаряд весом в 6,5 кг даже и на 0,5 километра…

В чем же секрет? Секрет весь в том промежутке времени, в течение которого пушка совершает свою работу.

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.

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.

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).

Рис. 22. Пулемет системы Максима: 1) ствол; 2) кожух; 3) отверстие для доливки воды; 4) отверстия для выпуска воды; 5) отверстие для выхода пара (на рисунке не видно).

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.

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.

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.

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.

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.

Каждому, наверное, приходилось в солнечный день немного пошалить с зеркалом. Поставишь зеркало на пути солнечных лучей, чуть двигаешь им, и «зайчик» (светлое пятно) весело бегает по стенам и по потолку. А то возьмешь, да неожиданно в глаза товарищей направишь «зайчика». Он вздрогнет и мигом закроет глаза, ослепленный светом.

Но разве думал кто, играя с «зайчиком», что и на войне играют подобно этому, пуская «зайчика» в глаза своих товарищей! Занимаются этим, конечно, не ради шутки, а в тех немногих, правда, случаях, когда иначе не удается установить связь с соседними войсками или со своей частью, расположенной не очень далеко, но и не близко (километров на 5—10). Особенно важно это средство связи в горах, где телефон провести трудно, верхом ехать долго, мотоцикл вовсе не проедет и вообще наладить связь затруднительно.

Прибор для передачи сигналов солнцем — гелиограф[33] очень прост (рис. 28).

Рис. 28. Гелиограф: 1) зеркало для посылки сигналов; 2) зеркало для направления луча, когда солнце сзади поста; 3) ключ с пружиной для сигнализации.

Есть и другой прибор для связи лучами света. Этот прибор не нуждается уже в помощи солнца и, значит, может действовать как днем, так и ночью. Называют его «светосигнальной лампой» (рис. 29).

Рис. 29. Светосигнальная лампа «Люкас».

Раньше лампы были керосиновые или масляные, теперь же применяют электрические. Сзади лампы помещают рефлектор (вогнутое зеркало), а впереди фонарь (короб лампы) закрывают шарнирной крышкой. Открывая и закрывая крышку или зажигая на мгновение лампу, дают сигналы по азбуке Морзе. Благодаря вогнутому зеркалу свет лампы виден на далекое расстояние (до 18 км). Обращение с лампой очень простое, а сама она может быть так мала, что легко прикрепляется даже к биноклю (рис. 30).

Светосигнальные лампы гораздо более употребительны, чем гелиограф, и их помощь бывает нужна войскам очень часто.

Рис. 30. Светосигнальная лампа на бинокле: 1) лампа; 2) бинокль; 3) провод от батареи к лампе; 4) батарея гальванических элементов.

Как важно в бою быть невидимым, но самому видеть, понятно всякому. Невидимость — лучшая броня. Поэтому в окопах (в блиндажах) и на море (в подводных лодках) стремятся применить такой прибор, который дал бы эту возможность.

Общее название таких приборов — перископ, но сами приборы имеют иногда совершенно различное устройство.

Простейший окопный перископ может смастерить каждый. Нужно иметь лишь два куска плоского зеркала, куски кожи и деревянные бруски. Зеркала укрепляются в пазах деревянных брусков (рис. 31) с помощью малых клиньев.

Рис. 31. Окопный перископ. Части перископа: 1) зеркала; 2) бруски для зеркал с кожаными петлями (а); 3) клинья для закрепления брусков на палке; 4) клинья для закрепления зеркал. Слева — перископ в собранном виде.

К брускам прибиты кожаные полукольца, заполняемые большими клиньями. Если бруски одеть на палку или на винтовку (рис. 31), а зеркала расположить параллельно друг другу зеркальной поверхностью внутрь, то в нижнее зеркало увидим все, то находится перед верхним. Благодаря этому можно, укрывшись в окопе, наблюдать за противником.

В блиндаже такой перископ (рис. 32) устраивают в особой деревянной трубе, в которой зеркала укреплены на шарнирах, благодаря чему могут перемещаться.

Рис. 32. Перископ в блиндаже.

В подводных лодках перископы, кроме зеркал, имеют еще и линзы (чечевицы), как в зрительных трубах.

Зеркала там обычно заменяют стеклянными призмами, отражающими лучи, подобно зеркалам (рис. 33).

Рис. 33. Перископ подводной лодки: 1) призмы-отражатели, заменяющие плоские зеркала; 2) оптические стекла, составляющие земную зрительную трубу.

Благодаря такому устройству перископы подводных лодок не только позволяют видеть из-под воды, но еще и увеличивают видимые изображения предметов. Перископы спасли не мало жизней на войне; и так как они дешевы и просты по устройству, надо ожидать, что в будущих войнах они найдут себе широкое применение.

В наш век, когда для войны «мобилизуют» все, что только можно, естественно, что и электричество попало «на военную службу».

Телефон, телеграф, радио, электродвигатели, электрическое освещение и множество других применений электричества в технике играют в современной войне большую роль.

Выбрав из этой обширной области лишь кое-что, посмотрим, какие шутки возможны иногда в боях, благодаря физическим основам электротехники.

Коль скоро враг подслушивает наши переговоры по радио, можно очевидно иногда сыграть с ним шутку: передать без шифра или простейшим шифром такие сведения, которые ввели бы противника в заблуждение и вызвали с его стороны действия, выгодные для нас. Это удается редко, так как враг тоже, ведь, не глуп и обычно очень осторожно относится к тем сведениям, которые получены лишь из одного источника и не подтверждаются другими данными.

Гораздо чаще можно использовать другой способ обмана посредством радио.

Многие, вероятно, слышали, что существует способ особым приемником радиоволн определить направление, откуда они исходят. Называют такие станции «радиопеленгаторными». Суть их заключается в приеме сигналов на рамочную антенну (рис. 34), вращающуюся вокруг своей оси.

Рис. 34. Радиопеленгаторная станция на автомобиле.

На радио, как видите, полагаться на войне не следует. Зато уж телефон обыкновенный (проволочный), вероятно, выручит. Там можно смело говорить что хочешь — услышит только тот, с кем говорят. Так ли это — увидим из дневника командира, участника мировой войны на франко-немецком фронте.

«17 мая 1915 года. Сегодня наша пехота была поражена необычайным явлением. 3-й наш полк по секретному приказу свыше, о котором знал лишь командир полка, должен был покинуть окопы и уйти в тыл на отдых и пополнение. На смену ему в ночь с 16-го на 17-е должен был подойти из тыла полк другой дивизии[35]. Ни солдаты, ни командиры ничего об этом не знали. И вдруг под вечер, когда стрельба совсем утихла, из французских окопов слышат крики:

— Прощайте, братишки! Отдыхать идете?

Наши отвечают:

— Врешь, каналья! Еще покажем вам, как воевать надо! Лучше сами уходите.

А оттуда смех…

— Да вы, видно, и сами не знаете, что с вами начальство делать хочет. А мы все знаем. Лучше сдавайтесь. Все равно побьем вас. Еще недельки две — и в Берлине обедать будем.

Ну, нашим обидно стало — пальбу открыли, те тоже, так и не угомонились до ночи. А ночью смотрят — действительно, другой полк пришел на смену. Разговоры среди солдат пошли очень нехорошие. Чуть ли не командира полка в шпионстве обвиняют. Но откуда же на самом деле узнали враги такое секретное распоряжение?

25 мая. Опять таинственный „шпионаж“. Вчера был в окопах и своими глазами видел, как франки смеялись над нами. В 6 часов вечера над окопами французов на высокой палке был поднят плакат, на котором написано:

„Ваши командиры вас обманывают. Говорят, что мы готовим наступление, а сами хотят послать вас на убой. Через три дня вас погонят брать наши окопы.

Не идите на верную смерть! Мы готовы — и встретим вас таким огнем, что никто не уцелеет. Требуйте немедленного заключения мира. Ваше дело, все равно, проиграно“.

Солдаты сердятся, но ничего не понимают, а мне жутко стало.

Весь ужас в том, что мы действительно через три дня должны перейти в наступление, но это известно только очень- немногим офицерам.

Так воевать нельзя. Доложил все это по начальству. Что-то будет дальше?

26 мая. Что ни день, то новость одна хуже другой. Вчера дежурил на наблюдательном пункте. Вижу — французы вылезли из тыловых окопов на бугре 106 и что-то копают. Я, конечно, решил их согнать. Командую по телефону:

— Цель номер семь! 105, трубка 10, одним орудием[36].

Через какие-нибудь 30–40 секунд с батареи передают:

— Готово.

Кричу: „Огонь!“

Смотрю в бинокль — ни души…

Всех, как смыло. Снаряд мой пропал даром.

Но только развеялся дым разрыва, французы тут как тут и вновь что-то копают.

Прибавил я прицел (был недолет) и вновь командую:

— Огонь!

Опять та же история. Прежде чем снаряд долетел до цели, все спрятались в окоп, а как только пули разлетелись — снова все на своих местах и работают как ни в чем не бывало.

Взорвало меня это ужасно. Минут пять я их засыпал снарядами. После этого минуты три все было тихо, а потом вновь повылезли и еще руками машут что-то в нашу сторону.

Прямо наглость! А сделать ничего не могу.

Тут уж и шпионажем не объяснишь. Колдовство какое-то…

27 мая. Наша разведка притащила ночью какие-то странные штыки и провода, которые были раскиданы перед нашей проволочной сетью. Штыки торчали в земле, а провода шли к неприятельским окопам. Никто не знает, что это означает и зачем французам понадобилось с риском для жизни втыкать штыки вблизи наших окопов.

Я думаю, что это неспроста, но объяснить, в чем дело, не могу.

Что может дать простое заземление, не прикасающееся к нашим проводам? Не понимаю, да и специалисты наши пока молчат: очевидно тоже не знают, в чем дело.

28 мая. Наступление все же не отменили. Вчера наши части ринулись в атаку после короткой ураганной артиллерийской подготовки. Несмотря на осведомленность, французы не выдержали, и прорыв удался. Захватили несколько десятков пленных и продвинулись на 3 километра вперед. Пытаемся идти дальше. Бой еще не утих.

29 мая. Только, что пришел из штаба. Вызывали для присутствия при допросе пленных, захватили какой-то аппарат и обслуживающих его солдат.

Аппарат похож с виду на телефонный, но несколько больше его и имеет на крышке две особых лампы (рис. 35).

Рис. 35. Аппарат для перехватывания телефонных переговоров.

Пленные солдаты показали, что это и есть тот самый „колдун-шпион“, благодаря которому враг знал многие наши секреты. Как действует аппарат, они толком не могли рассказать, а может быть, не хотели, но утверждают, что слышали все наши телефонные переговоры и команды.

Я страшно заинтересовался и пытал их целый час. Многое стало мне ясно: те самые штыки, которые наша разведка нашла на днях, расставлены были для этого именно аппарата. Провода от штыков шли в тот блиндаж, где находилась станция подслушивания. Внешне это — и вся система устройства. Любопытно, что моя стрельба по рабочим (см. запись за 26-е) не удалась именно благодаря этому аппарату.

Подслушивают они, оказывается, давно и успели уже узнать всю нашу нумерацию целей, поэтому как только я подал команду: „Цель номер семь“, они по телефону передали на тот участок, куда я хотел стрелять о грозившей им опасности. Те спрятались, а после разрыва вылезли вновь. Так было с каждым выстрелом, пока я не перешел к беспрерывной стрельбе. Так же просто объясняется и вся остальная их осведомленность. По телефону между собой офицеры не боялись говорить о самых секретных сведениях, считая, что это совершенно безопасно. А враг ловко использовал эту нашу оплошность. Но в чём суть дела — я все же не понимаю.

Штыки, провода, аппарат! Но где же соединение с нашими линиями? Каким путем ток попадал к ним за 2 километра в тыл? И зачем на аппарате лампы?

Неужели придется вовсе отказаться от телефона? Ведь, это кошмар. Пленных и аппарат отправили в тыл. Что-то скажут наши специалисты?»

Прервав на этом дневник, попробуем ответить на все вопросы писавшего его. Эти ответы стали известны немцам не сразу, поэтому пришлось бы слишком долго следить за ходом мыслей офицера. Да и знали тогда в некоторых областях техники и связи много меньше, чем теперь знают все радиолюбители.

Итак, в чем же суть дела?

Прежде всего вспомним, как работает всякий телефон. Телефонные станции соединяют обычно одним проводом (линия), вместо другого используя хорошую проводимость земли. Следовательно, «цепь» замыкается через землю. Благодаря этому между «заземлениями» станций по земле как бы распространяются токи, образующие пучок довольно значительной толщины и ширины. На рисунке 36 для ясности мы обозначили эти токи отдельными пунктирными линиями, указав даже направление токов.

Рис. 36. Схема перехватывания телефонных переговоров: T1 и Т2 — телефонные аппараты; Л — линия (провод); З1 и З2 — заземление телефонных аппаратов; Т3 — аппарат для перехватывания телефонных переговоров. З3 — заземление аппарата для перехватывания переговоров. Пунктиром показаны токи в земле, направление которых стрелками обозначено условно для данного момента.

На самом деле ток распространяется по всей почве, и направление его все время меняется, так как в телефонах передача происходит не постоянным, а переменным током. Но сути дела это не меняет, понять же ее легче, приняв условно передачу именно так, как это изображено на схеме.

Телефонисты давно уже заметили, что если телефонные посты расположены параллельно друг другу, можно слабо, но слышать вызовы и разговоры по соседней линии. Говорили, в таких случаях, что разговор слышен по «индукции»[37]. В действительности (см. рис. 36), часть тока через землю проходила через соседние аппараты и вызывала слабую слышимость разговора.

Вот этим и воспользовались французы для устройства своих подслушивающих станций. Задача свелась лишь к усилению тех слабых токов, которые можно уловить через заземление своего аппарата. Выручили те самые катодные лампы, которые хорошо известны современным радиолюбителям. Тогда это была новинка, и о ней знали лишь очень немногие.

Благодаря ламповым усилителям, дающим усиление до 10 000 раз (теперь знают и еще большие усилители), слабые токи превращаются в достаточно сильные. При расстоянии в 2 км между штыками (заземлениями) подслушивательной станции и работающими телефонами можно уже отлично слышать все переговоры. Вот и весь секрет.

Как же бороться с этим? Техника быстро дала рецепт, излечивающий телефоны от этого их недостатка.

Достаточно лишь все телефонные станции передовой фронтовой полосы шириною в 2 соединять между собой двумя проводами. В этом случае земля для связи уже не нужна, а значит, и перехватить токи никак нельзя. Есть, правда, и тут опасность: плохая изоляция[38] проводов. На фронте часто приходится провода не только вести по земле (без шестов), но даже закапывать в землю, предохраняя их от неприятельских снарядов. Очевидно, что при плохой изоляции ток частью уйдет в землю, а тогда можно будет и перехватить его. Поэтому, кроме тщательного наблюдения за целостью изоляции всех телефонных проводов, следует все же, соблюдать осторожность при переговорах вблизи противника даже и по двухпроводным линиям[39]. Особо секретные сведения по телефону передавать нельзя вовсе. Менее секретные передают с помощью условного языка («кода»), где умышленно заменяют одни слова другими.

Как видите, и телефон не всегда надежен.