Railgun - Învață fizica!
În 1916, la apogeul Primului Război Mondial, inginerii francezi Fachon și Villeple i-au arătat președintelui lor modelul unui tun neobișnuit. Fără praf de pușcă și fum, ea a tras aproape în tăcere, iar obuzele ei cântărind 50 g au zburat cu viteza unui glonț de pistol - 200 m / s. Când inventatorii au spus că un pistol bazat pe noul principiu va trage la sute și mii de kilometri distanță, ei au fost ușor de crezut (Fig. 1). Adevărat, nu au început să-l construiască: nivelul general de tehnologie din acea vreme nu a permis construirea unei astfel de arme la scară largă într-un timp scurt, dictat de nevoile războiului. În plus, toate posibilitățile artileriei cu pulbere de tip obișnuit nu au fost încă folosite pentru trageri cu rază ultra-lungă. Adevărat, nemții au fost înaintea tuturor celor de aici. Doar doi ani mai târziu, au tras în Paris de la o distanță de 120 km... La începutul celui de-al Doilea Război Mondial, aveau deja arme care trăgeau la 160 km. Dar pentru instrumentele schemei tradiționale, aceasta era deja aproape limita.
Artileriştii ştiu de mult şi bine despre existenţa unei astfel de limite. A fost asociată cu o rată limitată de expansiune a gazelor de pulbere în butoi, care, la rândul său, a fost explicată prin temperatura și energia exploziei de praf de pușcă care au fost insuficiente pentru a obține viteze mari. Dar la începutul secolului al XX-lea, însăși ideea de a fotografia la distanțe ultra-lungi era foarte populară. De aceea, Fachon și Villette au creat o unealtă în care proiectilul este accelerat de forța unui curent electric.
Astfel de experiențe sunt adesea prezentate în școală. Un tub de lumină este plasat pe două fire goale atașate la placă și trece un curent puternic prin el (este mai bine să-l luați de la o baterie alcalină). Tubul se rostogolește rapid de pe placă (Fig. 2). Pur fizic, poate fi explicat după cum urmează. Un curent electric circulă prin firele fixate pe placă, precum și prin tub, ceea ce creează unun câmp magnetic. Dar asupra oricărui conductor situat într-un câmp magnetic acționează forța Lorentz.Conductoare paralele, bine fixate pe placă, această forță nu se poate mișca, ci rulează ușor tubul. Pe acest principiu a funcționat instrumentul lui Fachon și Villeplet, dar el nu avea butoi în modul obișnuit. În schimb, erau patru fire. Pe ele, ca și pe șine, a alunecat un proiectil cu secțiune transversală cruciformă, care a închis curenții acestor conductori (Fig. 3).
Astăzi, armele bazate pe acest principiu se numesc railguns. Cel mai adesea sunt realizate cu două fire și mi-șine. Ele sunt acum studiate în multe țări din întreaga lume.
Din păcate, există prea puține informații despre experimentul Fachon și Villeples și toate referințele la acesta în literatura internă se bazează doar pe singura lucrare a lui N.A. Rynin, care a devenit o raritate bibliografică, „Superaviation and superartillery”, Leningrad, 1928. Cu toate acestea, pur calculat Prin rămânerea în cadrul cursului de fizică școlară, putem clarifica multe și munca instrumentelor lui Fachon și Villepley. Să presupunem că țeava unui pistol electric avea doi metri lungime. Echivalând munca efectuată de forțele electrice în timpul accelerației proiectilului cu energia cinetică, putem găsi valoarea medie a forței care împinge proiectilul. Este egal cu 500 N. Împărțind această forță la masa proiectilului în kilograme, obținem o valoare medie a accelerației egală cu 10.000 m/s². Prin el găsim timpul de mișcare al proiectilului în țeavă de 0,02 secunde - și puterea medie de împușcare - 50 kW.
Ar putea un astfel de instrument electric să găsească aplicație practică? Pentru a răspunde la această întrebare, să o comparăm cu mitraliera franceză Hotchkiss de 13,2 mm, care era răspândită la acea vreme. Glonțul său avea aceeași masă ca și obuzul pistoalelor Fachon și Villepley (50 g). Darțeava sa avea o lungime de aproximativ un metru, iar un fulger de 16 g de praf de pușcă a oferit glonțului o viteză de patru ori mai mare - 800 m / s. Ar putea trage 450 de astfel de gloanțe pe minut. Un pistol care înlocuiește în totalitate aceeași mitralieră Hotchkiss ar trebui, fără a ține cont de tot felul de pierderi, să consume 375 kW de putere, iar odată cu ei - toți 750 kW. O astfel de putere poate fi, în principiu, preluată de la rețeaua electrică.
Nu se află pe câmpul de luptă, iar o centrală autonomă cântărea aproximativ 10 tone la începutul secolului trecut. Astăzi, greutatea sa ar putea fi redusă la o tonă, dar mitraliera Hotchkiss (Fig. 4) a modelului din 1914 cântărea doar 65 kg. Prin urmare, înlocuirea pe scară largă a uneltelor convenționale cu cele electrice este exclusă. Cu toate acestea, cu pistoalele electrice este posibil să se obțină viteze inițiale atât de mari ale proiectilelor, care nu pot fi obținute de la pistoalele de tip tradițional, „și, prin urmare, puteți suporta cele mai mari dificultăți. De exemplu, americanii vorbesc despre posibilitatea de a crea un sistem complet electric. rezervor.
Poate de aceea chiar și amatorii încep să experimenteze cu pistoale. Profesorul V. Nikitin de la liceul Anadyr a propus un dispozitiv de stocare a energiei potrivit pentru diverse experimente educaționale cu curenți de mare putere (Fig. 5). Sursa este un redresor pentru încărcarea unei baterii de mare capacitate și un dispozitiv pentru conectarea acesteia la sarcină. Conectați unitatea B, Nikitin, puteți efectua foarte eficient experimentul prezentat în Figura 2, care descrie în esență funcționarea pistolului.
Pe lângă tunurile de tip șină, au fost propuse tunuri electromagnetice cu bobine solenoide. Ele se bazează pe fenomenul de tragere a unei tije de fier într-o bobină cu curent.
Există o particularitate aici. Creșterea vitezei tijei trase de bobină are loc numai până când aceasta ajunge la ea.mijloc. Dacă în acest moment curentul care trece prin bobină este oprit, atunci tija va zbura din ea cu viteză mare. Fixați bobina pe un trepied și introduceți o bilă de oțel în ea. După ce este dat un impuls de la acumulator, mingea va zbura din bobină și va zbura cinci până la șase metri. Raza de fotografiere depinde de capacitatea bancului de condensatori. Nu are rost să o mărim, deoarece acest lucru va face experimentele periculoase. În cartea colonelului VL Vnukov „Fizica și apărarea țării”, Moscova, 1942, este descris un model sigur al unui pistol cu solenoid (Fig. 6). Acesta este un tub de sticlă învelit în vrac cu trei straturi de sârmă izolată cu o secțiune transversală de 1 mm². „Cannon” trage cu ace de tricotat de fier. Impulsul necesar unei lovituri sigure la o distanta de 3-4 mm se obtine prin inchiderea rapida a soneriei printr-o lampa de 100-150 W conectata in serie cu aceasta. Toate experimentele cu arme electrice ar trebui făcute numai în prezența unui profesor!