Разница между катерами и автомобилями заключается в том, как питание от двигателя преобразуется в движение транспортного средства. В катере двигатель вращает гребной винт, отталкивающий воду назад. В ответ на это движение потока воды лодка перемещается вперед.
Если двигатель и винт приработаны, энергии хватает для вращения винта, даже если двигатель работает на малых оборотах. Если катер большой, ему понадобится время, чтобы набрать ускорение, в эти моменты можно видеть, как вода расходится от кормы. В следующий раз, оказавшись на пароме, понаблюдайте, как бурлит вода за ним, даже если паром еще не движется.
Колеса машины вращаются, только если она движется, в отличие от парома, но ей требуется большая мощность, чтобы набрать ускорение при движении с места. К сожалению, двигатели внутреннего сгорания дают небольшую мощность на медленных оборотах, поэтому, если бы двигатель был соединен с колесами без коробки передач, инерция автомобиля остановила бы двигатель. Коробка передач позволяет двигателю ускорить работу, вырабатывая энергию, даже если колеса вращаются медленно. Если бы не талант инженеров, придумавших коробку передач и сцепление, у двигателей внутреннего сгорания не было бы будущего на дорогах. В отличие от них, паровые двигатели вырабатывают много энергии еще до начала движения, поэтому паровоз можно запустить без коробки передач.
На такой поверхности, как песок, вращение колес машины еще не означает, что она движется вперед. Эта ситуация чем-то напоминает движение парома: вращающиеся колеса отбрасывают песок назад. Однако новая доза песка не заполняет освободившееся пространство, поэтому колеса постепенно зарываются в песок до тех пор, пока машина не увязнет по самые оси.
Джон Ги Аберистуит, Дивед, Великобритания
Катерам приходится преодолевать огромное сопротивление. Типичная сила сопротивления при полной скорости составляет четверть веса катера, это все равно что тянуть автомобиль в гору под утлом более 25°. Для преодоления этого сопротивления катерам необходима низкая передача, а многоскоростная коробка передач почти не помогает набрать ускорение при небольшой скорости. Сопротивление настолько велико, что любая смена передач должна быть чрезвычайно быстрой, иначе лодка резко сбросит скорость во время смены передач. Поскольку винты рассекают воду при запуске двигателя, сцепление ни к чему: его обеспечивает вода.
Можно менять передачи на катере, выбрав винт с другим шагом. Низкий шаг дает лучшее ускорение и позволяет толкать более тяжелые катера, а высокий шаг обеспечивает увеличение скорости до максимальной при низких волнах и снижении сопротивления. Но типичные изменения полезные для катера, не так значительны, как соседние передачи автомобиля.
Скорость автомобиля пропорциональна скорости двигателя на конкретной передаче. В случае с катером дело обстоит иначе, поскольку винт скользит в воде, а автомобильная шина не отрывается от дороги. Во всех двигателях увеличение оборотов означает рост мощности до определенного предела.
Почти всем нам случалось по ошибке трогаться со светофора на третьей передаче. Количество оборотов на третьей передаче гораздо ниже, чем на первой, поэтому двигатель не создает достаточной мощности для движения автомобиля и захлебывается.
Это доказывает, что низкие передачи важны для обеспечения мощности машины при низкой скорости. Но если полностью открыть дроссель на катере, винты свободно вращаются в воде, двигатель достигает высокого числа оборотов, катер движется вперед. Единственная передача катера разработана с таким расчетом, чтобы винт работал наиболее эффективно в рабочем диапазоне двигателя. Необходимости в дополнительных передачах нет.
На катере падение мощности при смене передач приводит к значительному снижению скорости, потому что сопротивление воды гораздо сильнее, чем сопротивление Дорожного покрытия. Поэтому катер не переключает передачи так же легко, как автомобиль.
9. Остатки сладки
«Во многих странах мира люди празднуют победы, дни рождения и другие праздники, торжествующе вскидывая оружие в воздух и стреляя из него. При этом они пренебрегают личной безопасностью и не думают об окружающих. Предположим, ствол ружья перпендикулярен земле при вылете из него пули. Какой высоты она достигнет и какую скорость (и потенциальную убойную силу) будет иметь, когда упадет обратно на землю?»
Стрельба из ружей в воздух — обычное дело во многих странах мира — причина травм с непропорционально большой долей смертельных случаев. Пуля калибра 7,62 миллиметра вылетает из ствола вертикально вверх, на выходе имеет скорость около 840 метров в секунду и достигает высоты 2400 метров за 17 секунд. Ей требуется еще 40 секунд, чтобы вернуться на землю, как правило, с относительно низкой скоростью, приближающейся к конечной. Эту часть траектории полета пуля проделывает основанием вперед, так как обратное движение пули более стабильно, чем прямое.
Даже при вылете вертикально вверх пуля отклоняется в сторону на некоторое расстояние. Примерно 8 секунд она находится на высоте 2300–2400 метров, где движется с вертикальной скоростью менее 40 метров в секунду. В этот момент пуля особенно уязвима для боковых порывов ветра. Она возвращается на землю со скоростью 70 метров в секунду.
На первый взгляд кажется, что скорость невелика, но количество черепных травм, смертельных случаев и серьезных поражений изумляет. Как правило, травм при стрельбе в воздух в пять раз больше, чем при обычной стрельбе. Как и следовало ожидать, провести исследования в этих случаях затруднительно, а все вышеприведенные цифры получены благодаря смоделированному полету пули.
Пули ведут себя по-разному. Пуля калибра.22LR достигает максимальной высоты 1179 метров и конечной скорости 60–43 метра в секунду в зависимости от того, летит она основанием вперед или переворачивается.
Пуля калибра.44 взлетает на высоту 1377 метров и имеет конечную скорость 76 метров в секунду, если летит основанием вперед. При калибре.30–06 высшая точка траектории находится на высоте 3080 метров над землей, конечная скорость 99 метров в секунду.
Общее время полета пули калибра.22LR 30–36 секунд, а калибра.30–06 — около 58 секунд. При вылете из ствола скорости разных пуль будут выше скоростей падения. Скорость вылета пули.22LR 383 метра в секунду, пули калибра.30–06 — 823 метра в секунду. Согласно испытаниям, проведенным Браунингом в начале XX века, а Л. С. Хаагом в недавнее время, чтобы пробить кожу пуле требуется скорость 45–60 метров в секунду, вполне достижимая для падающей сверху пули, разумеется, пуля, и не пробивая кожу, способна нанести серьезный ущерб, поэтому ответственный человек никогда не должен стрелять в воздух.
Автору вопроса можно порекомендовать статью «Падающие пули: конечные скорости и исследования пробивающей способности» (Haag L. С. Falling bullets: terminal velocities and penetration studies, Wound Ballistic Conference. Апрель 1994 года, Сакраменто, Калифорния).
