Популярно о науке

Previous Entry Share Next Entry
Пневматическая винтовка.
ahiin

В фильме "Армагеддон" парень из НАСА говорит, что стрелять по астероиду из лазера - это все равно, что "стрелять из пневматической винтовки по товарному поезду".  Насколько сложно остановить неуправляемый товарный поезд, используя только пневматические винтовки?

—Charles James O'Keefe

[Примечание переводчика.]
В статье описываются не более привычные нам конические пульки для пневматики, а так называемые BB, представляющие собой стальные шарики, покрытые антикоррозийной оболочкой (размером как раз соответствующие дроби BB).

[Внешний вид.]



Также, для понимания, что именно происходит в статье, рекомендую подзабывшим освежить в голове закон сохранения импульса. Ссылку на Википедию не даю, в силу очевидного негуманоидного происхождения автора соответствующей статьи.


Прежде всего, для протокола: стрельба по астероидам из лазера - это отличный способ их оттолкнуть. Остановить поезд, стреляя из пневматики, возможно даже сложнее.

[Легендарная] пружинно-поршневая рычажная пневматическая винтовка  Red Ryder  стреляет стандартными стальными BB-пульками 4,5 мм диаметра и весом 0,33 г, с начальной скоростью 100 м/с.

Локомотив GE Genesis Series I  весит 12 тонн и движется со скоростью около 45 м/с.
Если попасть одной пулькой в лоб локомотива, то его скорость упадет примерно на треть метра в день.

someone with a bb gun shoots an eye out

При стрельбе со скоростью один выстрел в секунду потребуется более двух дней и 200000 пулек, чтобы заставить локомотив остановиться — и к этому моменту он уж точно затормозится сам. (Опираясь на формулы с этой страницы и на силы сопротивления, действующие на поезд, набросанное на коленке дифференциальное уравнение демонстрирует, что на горизонтальной колее, без тормозов, поезд замедлится с 150 км/ч до 30 км/ч за 10-15 минут).


Ясно, что Красный Наездник [Red Ryder] не потянет.

Настала пора прикоснуться к жутковатому миру настоящих фанатов пневматических винтовок.

Tactical Edition Drozd Blackbird - это пневматический пулемет high-end (разумеется, пневматические пулеметы существуют). При скорострельности 1200 выстрелов в минуту, начальная скорость пульки составляет более 200 м/с. На такой скорости обычная BB-пулька способна раздробить кость.

К сожалению, даже разом выпущенный в лоб поезду магазин на 600 патронов замедлит его лишь на малую долю процента.


Один человек с пневматикой - не справится. Но что если взять армию?

a ragtag band of misfits holds bb machine guns

Выделим каждому человеку кусок земли метр на полметра. Тесновато, но, тем не менее, места будет достаточно, чтобы стрелять по дуге через плечо впереди стоящего человека. Если ограничится углом в 45 градусов по обе стороны путей, то тогда в пределах 10 метров от поезда можно впихнуть примерно 100 человек, еще 300 в пределах 20 м, еще 550 в пределах 30 м и еще 750 в пределах 40 м.

a diagram shows how various numbers of people are arranged in front of the train they are going to shoot at with bb guns


Большая часть стрелков сможет вести по поезду практически фронтальный огонь. Интеграл импульса по всему диапазону углов стрельбы показывает, что наше развернутое построение обеспечивает более 90% той силы, которую дал бы идеальный случай (т.е. каждая винтовка направлена в лоб поезду).

На пульки действует значительное аэродинамическое сопротивление, так что выстрелы с большей дистанции будут сталкиваться с поездом на меньшей скорости. На этой странице даны оценки силы сопротивления воздуха для BB-пульки при различных скоростях. Обожаю интернет.

Учитывая вышесказанное, давайте посмотрим, что же произойдет, когда толпа людей с пневматическими пулеметами попытается остановить поезд. Вообще-то у человека 2 руки, так что пусть все стреляют по-македонски.

В момент времени t=0, люди в радиусе 50 метров от поезда, все 2500 человек, нажмут на спусковые крючки, выпуская  100000 пулек в секунду. В процессе движения поезда люди перед ним волшебным образом расступаются, освобождая пути. Не реалистично, но ведь мы не можем позволить им замедлять поезд своими телам — это было бы жульничеством.

В то время как часть людей прекращает вести огонь, другие оказываются на дистанции огня и начинают стрелять. Поезд движется так быстро, что каждый человек успевает сделать лишь несколько десятков выстрелов до того как цель проедет мимо (или сквозь него).
a diagram shows how when the train moves forward different people are able to shoot at it
[Слева направо, сверху вниз:
поезд движется,
толпа,
вышли из зоны стрельбы,
вошли в зону стрельбы]

В каждый момент времени в воздухе будут находиться 45,000 пулек. Однако, тут есть проблема. Когда стальные шарики отскакивают от лба поезда, они не растворяются в воздухе. Они летят обратно в стрелков (и, вероятно, повыбивают им глаза) а также на линию огня. В максимуме, облако рикошетов отклонит до 1% более поздних выстрелов благодаря столкновениям шарик-шарик. Красивый эффект, хотя и существенно не влияющий на наше предприятие.

К сожалению, даже такому стальному ливню потребуются несколько мучительных минут, чтобы остановить поезд. Это значит, что нам потребуются боле 100000 стрелков, выстроенных вдоль путей, экипировка которых будет стоить примерно 50 миллионов долларов.

Мы можем добиться большего, если откажемся от условия использовать только пневматическое оружие.

Пули, выпущенные из АК-47
имеют начальную скорость 715 м/с и тяжелее BB-пулек в 25 раз. Они настолько быстро летят, что буду не отскакивать от поезда, а проникать внутрь (что, в свою очередь, означает их меньшую эффективность в деле передачи механического момента по сравнению с BB, однако это не слишком существенно).

Вычисления показывают, что 2500 человек, ведущие огонь из двух АК-47 каждый,  остановят движущийся локомотив через 30 метров тормозного пути — всего за полторы секунды. Цель достигнута.

a man in a hat suggests we try more
[Что если взять всего побольше?]

Ну-у...

Значительно меньшее сопротивление воздуха, испытываемое автоматной пулей по сравнению со стальным шариком означает, что мы можем стрелять с гораздо большей дистанции. Давайте разместим людей на глубину 200 метров вместо 50.

В момент времени t=0 40000 человек открывают огонь. Стандартный магазин АК-47 имеет емкость 30 патронов, а темп стрельбы автомата равняется 10 выстрелам в секунду. Через треть секунды в воздухе будет четверть миллиона пуль. Случайными пули, несомненно, приведут к значительному числу жертв в передней части толпы, однако при условии дисциплины и тренированности стрелков, большая часть выстрелов таки попадет в цель.

К t=15 мс локомотив сдвинется вперед на полметра и достигнет переднего края пулевого облака.

К t=30 мс локомотив будет получать полдесятка пуль каждую миллисекунду.

К t=150 мс локомотив продвинется вперед примерно на 6 метров, однако при этом он будет поглощать несколько сот пуль каждую миллисекунду. Импульс поезда начнет уменьшаться (а сам поезд - разваливаться, но давайте предположим, что он заполнен неким легким материалом, распределяющим ударное воздействие пуль равномерно).

Примерно к t=300 мс, уже аж четверть миллиона пуль в воздухе. Большая часть народа успела выстрелить по шесть раз (из обоих автоматов в сумме). Интересно, что пули выпущенные стрелками из передних рядов время от времени будут догонять (и сталкиваться с ними) более медленные пули, выпущенные из задних рядов. Случаться такое будет не часто, но, таки, будет.

Локомотив продерется к отметке 7 метров, потом 7,5, потом 7,75... а затем снова окажется на отметке 7,5 метров.

Успех.

Однако стрелки выпустили к этому моменту лишь с десяток пуль. Обоймы еще далеко не пусты.

К t=1 с будет выпущено почти миллион пуль. Локомотив уже будет катиться назад со скоростью около 100 м/с (360 км/ч). К t=2 с, отрицательное ускорение локомотива уменьшится. Частично потому, что он начнет выходить за пределы радиуса поражения, но также и потому, что его скорость приблизится к скорости звука и пулям все сложнее и сложнее его догонять. Когда же это все-таки происходит - относительные скорости пули и локомотива столь малы, что попадание почти не ускоряет поезд.

К этому моменту, сопротивление воздуха является превалирующей силой, воздействующей на движение локомотива. Задняя часть сойдет с рельсов, локомотив начнет кувыркаться и в конце концов превратится в облако осколков и пуль.

Тащите теперь сюда астероид.

an asteroid approaches a planet which is excited about shooting lasers at it<br/>bb_more.png: a man in a hat suggests trying more
[Стрельба из лазера по астероиду - это как стрельба по поезду из пневматики. Невероятно круто.]

Источник.




  • 1
А почему вы берете только винтовки калибра 4,5мм, ведь есть и более другие.
Поищите про боевую винтовку Джирардони... века эдак восемнадцатого-девятнащцатого чтоли...

Ну из современных... это стреляющая тушками птиц для испытаний самолетов. Была феерическая история когда взяли такую винтовочку для испытания скоростного поезда на стойкость к столконовению с порицей... тушка пробила несколько переборок. на удивленный вопрос к авиапромышленникам, услышали в ответ - а вы тушку-то размораживали, али как?

Ну я уж не говорю про пушки калибром за 200 мм... делали пока не научились паять взрывчатку ТНТ. Даже на подводной лодке американской стояла пневмопушечка калибром около 100мм...

А если говорить о легкогазовых пушках, которые могут дать скорость снаряда намного выше огнестрела...

не, вы таки не в теме.

Думаю Рэндел Манро оценит данные поправки выше, чем я.
Это ежели, конечно, автор комментария осилит перевести свою простынь на английский язык.

вы сам вопрос-то прочитали?

Насколько сложно остановить неуправляемый товарный поезд, используя только пневматические винтовки?
еще раз -- только пневматические винтовки
при чем тут "пневматические пушки " калибром за 200 мм... " ? чё бы сразу за гаубицы не взяться?

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Нивапрос. Пусть будут только винтовки. пусть это будут старенькие винтовки Джирардони... калибр эдак милиметров 12 ЕМНИП. Почему застопорились на этом 4,5мм?

И все равно расчет будет неверный. Солидная часть энергии пуль будет расходоваться на деформацию самих пуль, разрушение элементов конструкции поезда...

[Error: Irreparable invalid markup ('<em [...] пуль,>') in entry. Owner must fix manually. Raw contents below.]

<em Солидная часть энергии пуль будет расходоваться на деформацию самих пуль, разрушение элементов конструкции поезда...</em>
а вы напишите свой вариант, с учетом всех известных сил.
думаю, всем будет интересно

Я и не смогу сделать этот расчет, да и он будет бесполезным, так как бцдет включать в себя случайные факторы - тепловоз раньше сломается или остановится.

тепловоз раньше сломается или остановится.

вот именно поэтому не имеет смысла рассматривать что-то еще )
а пневматика 4.5 мм -- это то, что все себе хорошо представляют и поэтому это наглядно, весело и без зауми

Re: тепловоз раньше сломается или остановится.

Однако останавливающее действие каждой пули будет зависеть от места попадания.

Re: тепловоз раньше сломается или остановится.

Считайте столкновение неупругим и не мучайтесь. Для расчетов подобного класса это более чем приемлемое допущение, например.

Re: тепловоз раньше сломается или остановится.

А поезд шарообразным в вакууме.

Re: тепловоз раньше сломается или остановится.

Мои рекомендации:
а) Спросить Гугл, что такое "задачи Ферми".
б) Пересчитать систему дважды при допущении абсолютно неупругого и абсолютно упругого удара как нижнюю и верхнюю оценки и обнаружить, что полученная вилка не увеличивает погрешности на фоне остальных допущений.
в) не терять чувства юмора.

Энергия,, очевидно, напрямую в расчете не участвовала.
Закона сохранения импульса более чем достаточно.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

> Почему застопорились на этом 4,5мм?

Потому что вопрос был про общедоступную пневматику.

И примечание переводчика, вы, видимо, не прочитали.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Общедоступная... а по закону какой страны? В Британии доступна любого калибра и любой мощности. И в каждой стране по-разному. Вы что думаете, что во всем мире оружейное законодательство как в России

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Общедоступность отнюдь не ограничивается требованиями законодательства.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Как раз таки ограничивается именно законодательством. У нас нельзя свободно купить более 4.5мм, а у них - можно.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Автор оригинального текста - американец, эсличо.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

И вы думаете они там в Штатах продают автоматическое оружие и пистолеты, а на пневму запрет?

Вполне возможно что 4,5мм у них так в супермаркете продают, не в курсе.

Re: вы сам вопрос-то прочитали?

Я, если честно, ничего об этом не думаю. Статья вообще про другое.

Последняя картинка: BB Gun ещё и главный калибр линкора. От *такой* стрельбы я бы точно не отказался...

И, заметь, справился бы с задачей монорыльно!

  • 1
?

Log in

No account? Create an account