Railgun - Научете физика!

През 1916 г., в разгара на Първата световна война, френските инженери Фошон и Вилет показват на своя президент модел на необичайно оръдие. Без барут и дим тя стреля почти безшумно, а снарядите й с тегло 50 г летяха със скоростта на пистолетен куршум - 200 м/сек. Когато изобретателите казаха, че оръжието, базирано на новия принцип, ще изстреля стотици и хиляди километри, на тях им се вярваше охотно (Фиг. 1). Вярно е, че те не са го изградили: общото ниво на технологията от онова време не позволява за кратко време, продиктувано от нуждите на войната, да се изгради такова пълномащабно оръжие. Освен това всички възможности на конвенционалната прахова артилерия все още не са използвани за стрелба на свръх далечни разстояния. Вярно, германците бяха по-напред от всички тук. Само две години по-късно те стреляха по Париж от разстояние от 120 км ... В началото на Втората световна война те вече имаха оръжия, които стреляха на 160 км. Но за оръжията от традиционната схема това вече беше почти границата.

Артилеристите отдавна знаят добре за съществуването на такава граница. Това е свързано с ограничената скорост на разширяване на праховите газове в цевта, което от своя страна се обяснява с недостатъчната температура и експлозивната енергия на праха за получаване на високи скорости.
Но в началото на 20-ти век самата идея за стрелба на свръх далечни разстояния беше много популярна. Следователно Фошон и Вилет създават оръжие, при което снарядът се ускорява от силата на електрически ток.

Този опит често се показва в училище. На два голи проводника, прикрепени към дъската, се поставя лека тръба и през нея се прокарва силен ток (по-добре е да се вземе от алкална батерия). Тръбата се търкаля бързо от дъската (фиг. 2).
Физически това може да се обясни по следния начин. Електрически ток протича през проводниците, фиксирани на платката, както и през тръбата, което създава общо магнитно поле за тях. Но върху всеки проводник, разположен в магнитно поле, действа силата на Лоренц.Успоредните проводници, здраво закрепени на платката, тази сила не може да се движи, но лесно търкаля тръбата. Именно на този принцип е действало оръжието на Fachon и Villeplet, но то не е имало цев по обичайния начин. Вместо това имаше четири проводника. По тях, както по релсите, се плъзга снаряд с кръстообразно напречно сечение, който затваря токовете на тези проводници (фиг. 3).

Днес оръжията, базирани на този принцип, се наричат релси. Най-често те се правят с два проводника за ми-релси и. Днес те се изучават в много страни по света.

За съжаление, има твърде малко информация за експеримента на Фошон и Вилеплес и всички препратки към него в руската литература се основават само на единствената работа на Н. А. Ринин, превърнала се в библиографска рядкост, „Надзор и супер артилерия“, Ленинград, 1928.

Въпреки това, по чисто изчислителен начин, оставайки в рамките на училищния курс по физика, можем много и да изясним работата на инструментите на Fauchon и Villeplet.
Да кажем, че цевта на електрически пистолет беше дълга два метра. Приравнявайки работата, извършена от електрически сили по време на ускорението на снаряда, до неговата кинетична енергия, можете да намерите средната стойност на силата, която е тласнала снаряда. Тя е равна на 500 N. Разделяйки тази сила на масата на снаряда в килограми, получаваме средната стойност на ускорение, равна на 10 000 m/s². Чрез него намираме времето за движение на снаряда в цев 0,02 секунди - и средната мощност на изстрела е 50 kW.

Може ли такова електрическо оръжие да намери практическо приложение? За отговор на този въпрос нека го сравним с френската картечница Hotchkiss с калибър 13,2 мм, която беше широко разпространена по това време. Куршумът му имаше същата маса като черупката на оръдията Fachon и Villeplet (50 g). Но цевта му беше дълга около метър, а светкавицата от 16 g барут осигури на куршума четирикратна скорост - 800 m/s. Той можеше да изстреля 450 такива куршума в минута. Оръжие, което напълно замества същата картечница Hotchkiss, без да се вземат предвид всякакви загуби, би консумирало 375 kW мощност и заедно с тях 750 kW. Тази мощност по принцип може да бъде взета от електрическата мрежа.

Не е на бойното поле, а автономната електроцентрала е тежала около 10 тона в началото на миналия век. Днес теглото му може да бъде намалено до тон, но картечницата Hotchkiss (фиг. 4) от модела от 1914 г. тежи само 65 кг. Следователно, широко разпространената подмяна на конвенционалните инструменти с електрически не може да става. Възможно е обаче да се постигнат толкова високи начални скорости на снаряда от електрически оръдия, които не могат да бъдат получени от оръжия от традиционен тип “, следователно човек може да се примири с най-големите трудности. Например, американците говорят за възможността за създаване на всички -електрически резервоар.

Може би затова дори аматьорите започват да експериментират с релси.
Учителят В. Никитин от Анадирското средно училище предложи устройство за съхранение на енергия, подходящо за различни образователни експерименти с токове с висока мощност (Фиг. 5). Източникът е токоизправител за зареждане на батерия с голям капацитет и устройство за свързването му към товара. Свържете задвижване B, Никитин, можете много ефективно да извършите експеримента, показан на фигура 2, който по същество описва работата на релсата.

В допълнение към пистолетите от релсов тип се предлагат електромагнитни пистолети със соленоидни намотки. Те се основават на феномена на издърпване на железен прът в намотка с ток.

Тук има една особеност. Увеличение на скоростта на пръта, изтеглен от намотката, се случва само докато достигне средата си. Ако в този момент токът, преминаващ през намотката, е изключен, тогава пръчката ще излети от нея с висока скорост.
Прикрепете намотката към статив и поставете стоманена топка в нея. След подаване на импулс от устройството за съхранение топката ще излети от намотката и ще лети пет до шест метра. Обхватът на стрелба зависи от капацитета на кондензаторната банка. Няма смисъл да го увеличавате, тъй като това ще направи експериментите опасни.
В книгата на полковник В. Л. Внуков „Физика и отбрана на страната“, Москва, 1942 г. е описан безопасен модел на соленоиден пистолет (фиг. 6). Това е стъклена тръба, обвита в насипно състояние с три слоя изолирана тел с напречно сечение от 1 mm². "Топ" издънки с железни игли за плетене. Импулсът, необходим за безопасен изстрел на разстояние 3 - 4 мм, се получава чрез бързо затваряне на бутона на звънеца чрез лампа от 100 - 150 W, свързана последователно с него. Всички експерименти с електрическо оръжие трябва да се извършват само в присъствието на учител!