Я. Перельман
"Занимательная физика". Книга 2.
Глава 5. Путешествие в пушечном снаряде
Для друзей математики
Среди читателей этой книги, без сомнения, найдутся и такие, которые пожелают сами проверить расчеты, упомянутые выше. Приводим здесь эти вычисления. Они верны лишь приблизительно, так как основаны на допущении, что в канале пушки снаряд движется равномерно-ускоренно (в действительности же возрастание скорости происходит неравномерно).
Для расчетов придется пользоваться следующими двумя формулами равномерно-ускоренного движения:
скорость v по истечении t-й секунды равна at, где а – ускорение:
v = at;
путь S, пройденный за t секунд, определяется формулой
S = at2/2.
По этим формулам определим прежде всего ускорение снаряда, когда он скользил в канале «колумбиады».
Из романа известна длина части пушки, не занятой зарядом, – 210 м; это и есть пройденный снарядом путь S.
Мы знаем и конечную скорость: v =16 000 м/сек. Данные S и v позволяют определить величину t – продолжительность движения снаряда в канале орудия (рассматривая это движение как равномерно-ускоренное). В самом деле:
v = at = 16000,
откуда
t = 210/8000 = около 1/40 сек.
Снаряд, оказывается, скользил бы внутри пушки всего 1/40 секунды! Подставив
t = 1/40 в формулу v = at, имеем:
16 000 = 1/40 а, откуда а = 640 000 м/сек2.
Значит, ускорение снаряда при движении в канале равно 640 000 м/сек2, т. е. в 64 000 раз больше ускорения силы тяжести!
Какой же длины должна быть пушка, чтобы ускорение снаряда было всего в 10 раз больше ускорения падающего тела (т. е. равнялось бы 100 м/сек2)?
Это – задача, обратная той, которую мы сейчас решили. Данные:
a = 100 м/сек2,
v =11 000 м/сек (при отсутствии сопротивления атмосферы такая скорость достаточна).
Из формулы v = at имеем:
11000 = 100t, откуда t = 110 сек.
Из формулы S = at2/2 получаем, что длина пушки должна равняться
т. е. круглым счетом 600 км.
Такими вычислениями получены те цифры, которые разрушают заманчивые планы героев Жюля Верна.